WinGD halbiert Methanschlupf mit der X-DF 2.0-Lösung

WinGD hat eine neue Technik vorgestellt, mit der die Methanemissionen und der Kraftstoffverbrauch seiner X-DF Dual-Fuel-Motoren gesenkt werden sollen. Die Einführung von Intelligent Control by Exhaust Recycling (iCER) ist die erste Entwicklung, die als Teil von X-DF2.0, WinGDs Dual-Fuel-Motorplattform der zweiten Generation, vorgestellt wird. 

Da Schiffseigner bei ihren anstehenden Neubauprojekten Ziele zur Reduzierung von Treibhausgasen berücksichtigen müssen, wird die X-DF2.0-Technik eine verbesserte Motorleistung sowohl mit Erdgas als auch mit künftigen kohlenstoffneutralen Kraftstoffen ermöglichen. Das iCER-System bietet eine verbesserte Verbrennungskontrolle aufgrund der Verwendung von Inertgas. Das Ergebnis ist eine, nach Aussagen von WinGD, Reduzierung der Methanschlupf-Emissionen um bis zu 50% bei der Verwendung von Erdgas und eine signifikante Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um 3% im Gasbetrieb und 5% im Dieselbetrieb. 

Die iCER-Technik eignet sich potenziell für die Nachrüstung bestehender X-DF-Motoren, aber die Wirtschaftlichkeit der Nachrüstung von Schiffen war für kleinere Schiffe weniger günstig, da die Amortisationszeiten für größere Schiffe, wie z.B. Containerschiffe, kürzer sein dürften.

Volkmar Galke, WinGD Global Director of Sales, merkte an, dass auch der Platzbedarf der iCER im Maschinenraum berücksichtigt werden müsse. Einige Werften hatten sich bereits nach der Möglichkeit erkundigt, die Konstruktionen so zu ändern, dass „iCER-ready“-Motoren eingebaut werden können.

Aufgrund der Verbesserung der Leistung von Dual-Fuel-Motoren wird X-DF2.0 Schiffseignern helfen, sich auf die Umstellung der Schifffahrt auf kohlenstoffneutrale Kraftstoffe vorzubereiten. Aufbauend auf der erfolgreichen X-DF-Plattform minimieren die Techniken der nächsten Generation den Methanaustritt in der Erwartung, dass diese Emissionen von der IMO reguliert werden, um zur Erreichung ihrer Treibhausgasziele für 2050 beizutragen. Eine verbesserte Treibstoffeffizienz wird auch ein Schlüsselfaktor bei der weiteren Reduzierung der Emissionen in der ersten Phase des Übergangs sein. 

Intelligente Steuerung

Die iCER-Technik selbst besteht aus der Ableitung eines Teils des Abgasstroms nach dem Turbolader. Ein Teil des Abgasstroms wird über ein spezielles Druckventil abgeführt, während der Rest in einem optionalen Economiser vorgekühlt wurde, bevor er mit einem Kaskaden-Abgaskühler (Cascade Exhaust Gas Cooler, CEC) zirkuliert wird. Das Wasser aus dem Sprühkühlsystem fließt in ein Zirkulationssystem ab, während das Ablasswasser direkt und ohne Behandlung abgeführt werden kann.

„Da der iCER nur arbeitet, wenn sich der Motor im Gasbetrieb befindet, und das Gas selbst sehr sauber verbrennt, ist ein Aufbereitungssystem nicht erforderlich“, so Marcel Ott, GM Operations, China.

„Mit der Anpassung der Rezirkulationsrate des Inertgases und der Kontrolle von Parametern wie Kraftstoffzufuhr und Zündzeitpunkt können wir die Verdichtungsverhältnisse für eine größere Effizienz erhöhen“, sagte Volkmar Galke, WinGD Global Director of Sales. „Das Ergebnis ist eine optimierte Verbrennung durch einen geschlossenen Regelkreis, unabhängig von den Umgebungsbedingungen und der Last“.  

Betriebsfenster

Ottomotoren müssen ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch sorgfältig aufrechterhalten, um sicherzustellen, dass es innerhalb eines „Betriebsfensters“ bleibt, da ein zu fettes Gemisch dazu führen kann, dass es sich vor der Kraftstoffeinspritzung selbst entzündet („Klopfen“), während ein zu mageres Gemisch zu Verbrennungsinstabilität („Zündaussetzer“) führen kann.

Mit der Zugabe von Kohlendioxid zum Luft-Kraftstoff-Gemisch wird die Reaktivität der Zylinderfüllung verringert und die Verbrennungsgeschwindigkeit gesenkt. Marcel Ott merkte an, dass dies zu einer Vergrößerung des Betriebsfensters führt, indem die „fette Grenze“ überschritten wird. Dies würde es dem Motorenkonstrukteur ermöglichen, den Motor für geringere Emissionen zu optimieren.

Wie alle künftigen X-DF2.0-Techniken wird iCER für alle neuen X-DF-Motoren verfügbar sein. Derzeit schließt das Unternehmen Tests in einer der speziellen WinGD-Testmotoranlagen ab – der letzte Schritt in einem zweijährigen Testprogramm. WinGD stellt auch die Pläne für eine Pilotinstallation fertig. 

Neben fossilem Erdgas können X-DF-Motoren auch kohlenstoffneutrales synthetisches oder biologisch gewonnenes Erdgas verbrennen, sobald es verfügbar ist. Mit der Weiterentwicklung der Verbrennungssteuerung und der Motoreffizienz verbessert WinGD die Leistung seiner Motoren, die diese Kraftstoffe verwenden, und minimiert die Kraftstoffkosten für Schiffseigner und -betreiber. 

Galke erklärt: „Unsere hocheffizienten und zuverlässigen X-DF-Motoren sind mit mehr als 500.000 Betriebsstunden Erfahrung und der Marktführerschaft in vielen wichtigen Schiffssegmenten bereits weit verbreitet. Unsere X-DF2.0-Technologien der nächsten Generation werden unsere Motoren auf eine noch bessere Leistung vorbereiten, sowohl mit Erdgas als auch mit den zukünftigen Kraftstoffen“, erklärte Galke.

Weiter in die Zukunft blickend, würde diese Lösung es ermöglichen, den effektiven Mitteldruck (BMEP) der X-DF-Motoren von 17,3 bar zu erhöhen, was in Zukunft eine höhere Leistungsdichte ermöglicht. „Wir streben höhere BMEP-Werte und eine Erhöhung der Leistungsdichte in einem zweiten Schritt an“, sagte Ott und fügte hinzu, dass künftige Änderungen an den Steuerungen anschließend noch höhere BMEP-Werte ermöglichen könnten.