Ein Nebenantrieb nutzt die überschüssige Leistung der Hauptmaschine, um Strom für die Verbraucher an Bord zu erzeugen. Sie machen den Einsatz von Nebenaggregaten überflüssig, die weniger effizient sind und zusätzlichen Treibstoff verbrauchen. Doch Nebenantrieb ist nicht gleich Nebenantrieb. Die Probleme früherer PTO-Generationen schränkten ihre Einsatzmöglichkeiten ein. Mit dem Integrated Front-End Power System (IFPS) von RENK ändert sich das. Es erfüllt im Wesentlichen die gleiche Aufgabe wie ein herkömmlicher Nebenabtrieb – aber auf völlig andere Weise.
Vorschriften unter Zeitdruck
Der politische Druck wächst. Spediteure müssen ihre Effizienz kontinuierlich steigern, um ihre Umweltbilanz weiter zu verbessern. Darum geht es beim Energy Efficiency Design Index (EEDI) für neu gebaute Schiffe. Für bestehende Schiffe gilt der entsprechende Energieeffizienz-Index EEXI (Energy Efficiency Existing Ship Index). Die Anforderungen werden schrittweise verschärft, so dass Betreiber und Schiffbauer sofort neue Lösungen benötigen. Es besteht dringender Handlungsbedarf, aber die Marktsituation ist unübersichtlich. Die Anforderungen sind für verschiedene Schiffstypen und -größen unterschiedlich. Im Durchschnitt müssen Frachtschiffe ihren Treibstoffverbrauch gegenüber 2013 um satte 30 Prozent senken.
„Ohne zusätzliche und wirksame Energiesparsysteme (ESDs) wird es nicht einfach sein, die EEDI bis 2025 zu erfüllen", räumt Nils Oesterlen ein, seit August dieses Jahres Leiter des Marinebereichs beim Maschinenbauspezialisten RENK. Die Quintessenz ist, dass viele Betreiber schon jetzt ihre Antriebs- und Energiesysteme optimieren müssen. Die einzige Alternative wäre, die bisherigen Dampfdrehzahlen deutlich zu reduzieren und damit „erhebliche wirtschaftliche Einbußen in Kauf zu nehmen", so Dominik Elskamp, Projektingenieur bei RENK. Mit einem PTO kann dies weitgehend vermieden werden. Denn im Vergleich zu Stromaggregaten spart die Energieentnahme von der Hauptmaschine zur Versorgung der elektrischen Systeme an Bord Kraftstoff, reduziert den CO₂-Ausstoß und spart Geld.
Ohne zusätzliche und wirksame Energiesparvorrichtungen (ESDs) wird die Einhaltung der EEXI / EEDI nicht einfach sein. Ein PTO kann eine wirksame Maßnahme sein, um die Ziele zu erreichen.
PTO-Lösungen können bis zu 7 Prozent Kraftstoff einsparen.
Wenn ein Nebenantrieb die Energie der Hauptmaschine reibungslos für die Versorgung der elektrischen Verbraucher an Bord nutzt, sind Kraftstoffeinsparungen in der Größenordnung von 3 bis 7 Prozent eine willkommene Perspektive. Die Firma RENK bietet mit IFPS eine innovative Nebenantriebslösung an, die Kraftstoffeinsparungen von bis zu 7 Prozent ermöglicht. Das ist ein ganzes Drittel der Einsparungen, die EEDI und EEXI in naher Zukunft von den Betreibern fordern werden. Das ist eine ganz andere Größenordnung als das, was mit herkömmlichen Nebenantrieben erreicht werden kann.
Da der Einbau und die Wartung von Nebenantrieben oft mühsam sind, haben die RENK-Ingenieure mit dem IFPS einen anderen Ansatz gewählt.
Trotz der enormen Vorteile von Nebenantriebssystemen arbeiten viele Schiffe immer noch mit Aggregaten der alten Schule. Diese Nebenantriebe mussten immer weit achtern in der Nähe der Propellerwelle angeordnet werden. Der Einbau eines solchen Getriebes war naturgemäß schwierig. Wenn der Nebenantrieb repariert oder gewartet werden musste, musste der gesamte Generator geöffnet und zumindest teilweise demontiert werden. Ein Schiff, das sich zu diesem Zeitpunkt nicht im Hafen befand, musste auf See stoppen und war möglicherweise bis zum Abschluss der Arbeiten manövrierunfähig.
Das neue IFPS von RENK ist die Lösung. Das Getriebe mit den Generatoren befindet sich direkt vor dem Motor. Im Servicefall kann es einfach und ohne Zeitverlust abgekoppelt werden. Die Verfügbarkeit der Maschine bleibt erhalten, alle Wartungs- und Reparaturarbeiten können bei laufendem Schiffsbetrieb durchgeführt werden. „Das ist bei einem Generator, der auf der Propellerwelle montiert ist, einfach nicht möglich. Da muss man stundenlang arbeiten, um überhaupt Zugang zu bekommen", sagt Elskamp.
Nicht so beim IFPS: „Luke auf, Bolzen ziehen, weiterdampfen", stellt der Spezialist für Schiffsantriebe lapidar fest. Tatsächlich braucht der IFPS nur wenig Aufmerksamkeit, denn die einzigen echten Verschleißteile sind die Wälzlager. „Und die lassen sich leicht austauschen – wenn es sein muss, auch auf hoher See." Das IFPS sitzt bequem vor dem Motor und umgeht so die Platzprobleme, die sperrige Nebenabtriebe normalerweise in Maschinenräumen verursachen. Durch seine Position am Motor ist das IFPS einfacher zu installieren als herkömmliche Nebenantriebe, weniger störanfällig und leichter zu warten. Und es schafft Platz im Maschinenraum.
Die robuste und kompakte Bauweise sowie die Ausbaumöglichkeiten werden von den Kunden sehr geschätzt.
Großkunden aus Schweden und Frankreich haben das zukunftssichere Integrated Front-End Power System bereits auf See im Einsatz und sind mit dem IFPS sehr zufrieden. Ein Faktor für diese Erfolgsgeschichte ist die hohe Effizienz des Designs. Das IFPS von RENK basiert auf schnell laufenden Permanentmagnet-Generatoren, die einen Wirkungsgrad von 91 Prozent erreichen. Andere Systeme erreichen nur rund 87 Prozent. Die hochelastische Kupplung entkoppelt die Generatoren zudem von der Motorwellenbewegung. Dadurch sind sie nicht nur effizienter, sondern auch zuverlässiger und langlebiger.
Das IFPS verfügt über ein eigenes Getriebe, so dass es bis zu 15 Prozent der Leistung des Hauptmotors abrufen kann. Außerdem wird das System individuell an den tatsächlichen Energiebedarf des Schiffes angepasst. Systeme älterer Bauart waren nur für einen bestimmten Schiffs- und Motortyp geeignet – und sicher nicht für jeden Lastbedarf an Bord skalierbar. Das IFPS ist modular aufgebaut, bis zu vier Generatoren können platzsparend installiert werden. Bei einer Leistung von 500 oder 625 Kilowatt pro Generator kann die Gesamtleistung bis zu 2500 kW betragen. Obwohl die stromerzeugenden Maschinen wesentlich kompakter sind, reicht die mögliche PTO-Leistung auch für sehr große Schiffe aus.
PTO-Lösungen können auch „sauberen Strom” liefern.
Die Drehzahl der Hauptmaschine kann die elektrische Leistung verzerren, ein weiterer Nachteil jeder konventionellen PTO-Anlage. Wenn die Wellendrehzahl sinkt, weil das Schiff langsamer fährt, muss die Leistung jedes PTO-Systems entsprechend moduliert werden. Bei dieser Modulation entsteht elektrisches Rauschen. Das IFPS verfügt über Gleichrichter mit Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), um diesem Effekt entgegenzuwirken und die harmonische Verzerrung gering zu halten. Sie minimieren das Rauschen und erzeugen eine konstante sinusförmige Wellenform. Dadurch bleibt die Versorgung der elektrischen Verbraucher an Bord unabhängig von der Drehzahl der Hauptmaschine konstant. „Das bedeutet, dass das IFPS eine qualitativ hochwertige Stromversorgung erzeugt. Das sichert die Funktionalität und Langlebigkeit von sehr empfindlichen Instrumenten wie Radar und anderen Navigationsgeräten", erklärt Elskamp.
Die Gleichrichter ermöglichen zudem den Betrieb in verschiedenen Modi. So kann das innovative PTO-System zum Beispiel parallel zu Generatoren betrieben werden oder auf See das Bordnetz allein mit Strom versorgen. Mit dem IFPS steht den Kunden eine Lösung zur Verfügung, die nicht nur zuverlässig und technisch innovativ, sondern auch sehr flexibel ist.
MAN- und WinGD-zertifiziert und mit beeindruckenden Einsparungen
Das IFPS ist mit allen gängigen Familien langsam laufender Zweitakt-Schiffsmotoren von MAN und WinGD kompatibel. Beide Hersteller haben das IFPS als Add-on für ihre Motoren freigegeben und sind vor allem von der einfachen Installation und dem robusten, effizienten Design überzeugt. Aus Kundensicht lassen sich die Gründe für die Wahl eines IFPS auch in Zahlen ausdrücken. Im Vergleich zu Hilfsaggregaten, die zusätzlichen Treibstoff für die Bordstromversorgung verbrauchen, spart ein IFPS mit einer Leistung von 1000 kW rund 235.000 USD pro Jahr an Betriebskosten. Ein IFPS mit einer Leistung von 1500 kW könnte diese Zahl auf 335.000 USD erhöhen. Ein IFPS amortisiert sich in 2,5 bis 3 Jahren und würde bei den derzeitigen Treibstoffkosten über die erwartete Lebensdauer eines Schiffes von 15 bis 20 Jahren einen mittleren bis hohen siebenstelligen Betrag einsparen.
Aufgrund der vielfältigen Vorteile und positiven Effekte ist das IFPS auf den Weltmeeren unterwegs.
Für Schiffe, die bereits auf den Weltmeeren unterwegs sind, ist die Nachrüstung mit dem platzsparenden und leistungsstarken IFPS aus Augsburg eine nachhaltige und lohnende Investition. „Die Motorenhersteller haben uns aktiv ermutigt, ein solches System zu entwickeln", erinnert sich Oesterlen. Er, Elskamp und das RENK-Team, das hinter IFPS steht, sind überzeugt, dass die Technologie zukunftsweisend ist. Andere Nebenabtriebe sind nicht annähernd so fortschrittlich und in puncto Wirtschaftlichkeit kaum vergleichbar. Das Team ist stolz darauf, dass das IFPS nicht nur von WinGD und MAN als Zubehör für ihre Zweitaktmotoren empfohlen wird, sondern auch in mehreren Schiffen auf den Weltmeeren erfolgreich eingesetzt wird. Tag für Tag trägt es dazu bei, die Betriebskosten zu senken und den CO₂-Ausstoß zu reduzieren. „Diese Frachter sind ausgeliefert, haben ihre Seeerprobung abgeschlossen und sind jetzt im kommerziellen Einsatz", sagt Elskamp.
Take a look at related stories and products to shaft generators.
Wenn Sie Fragen zum Thema Condition Monitoring haben, wenden Sie sich bitte an unsere Marine-Experten.