Präzise messen – effizient und sauber fahren

Ein innovatives, hochpräzises Brennstoffverbrauchsmesssystem für Schiffe geht demnächst in Betrieb

Die Schifffahrtsbranche wird mit immer strengeren Vorschriften zur Emissionsreduzierung konfrontiert. Schon in diesem Jahr erhält dabei im Rahmen der MRV Regulation die Brennstoffverbrauchsmessung einen hohen Stellenwert bei der Ermittlung der EEDI- und EIV Indexe. In Bezug auf Stickoxide, Schwefel und Partikel sind bereits seit 2016 die internationalen Vorgaben aus dem MARPOL-Abkommen zu beachten. Mit weiteren Verschärfungen der Emissionsgrenzwerte und der Ausweitung von Emissionssondergebieten muss die Branche rechnen.

Verfügbare Expertensysteme zur Optimierung von Motoren und auch zur Online-Bestimmung von Schadstoffemissionen setzen präzise und zeitlich hochaufgelöste Angaben zum momentanen Brennstoffverbrauch voraus. Gleiches gilt für Assistenzsysteme diverser Hersteller zur Antriebsoptimierung, die den Schiffsbetrieb deutlich effizienter machen können. Dies ist nur mit standardisierten Konzepten erreichbar. Durch die derzeit nicht standardisierte Integration von durchaus guten und passenden Messgeräten irgendwo im Booster-System zum Motor sind die Messungenauigkeiten durch umgebungsbedingte Einflüsse auf das Messergebnis allerdings sehr hoch. Wirklich vergleichbare Angaben des Brennstoffverbrauchs sind so kaum möglich sind. Es erscheint daher fraglich, dass die Nutzung von vorhandenen, durchaus wertvollen Experten- und Assistenzsystemen zur Minimierung von Schadstoffemissionen – und damit auch zur Verbrauchsminimierung – in ihrer aktuellen Form wirklich zielführend ist.

In Verbindung mit dem Expertensystem AVL EPOS™ lassen sich dagegen beispielsweise durch eine Optimierung des Gleichlaufs zwischen den Zylindern mittels Variation der Einspritzmengen Verbesserungen im spezifischen Kraftstoffverbrauch von bis zu 6g/kW*h erreichen. Diese können unmittelbar online dargestellt werden. Durch das integrierte NOx-Modul, welches bereits die Anforderung der IMO MARPOL Annex VI, Resolution MEPC 103(49) und den NOx Technical Code erfüllt, können zur Online-Bestimmung und -Darstellung von NOx, SOx und CO2 durch Tuning des Motors auf NOx-Bestwerte bzw. gesetzlich erlaubte Werte weitere Einsparpotentiale unmittelbar aufgezeigt werden. Ähnliche Einsparpotentiale ergeben sich durch die effiziente Nutzung von Assistenzsystemen zur Propeller- und Ruderverstellung sowie zur Routenoptimierung.

Mit einer Kombination aus leistungsfähigen Experten- und Assistenzsystemen mit Verbrauchsmesssystemen, die online eine genaue und präzise Darstellung des momentanen Brennstoffverbrauchs liefern, können Reedereien die Effizienz Ihrer Schiffe also optimieren und damit viele Tonnen Brennstoff einsparen. Die Condition-Monitoring-Funktion des AVL EPOS™ beispielsweise gibt zuverlässig Auskunft über den Wartungszustand der Maschine. Der Diensthabende an der Maschinenanlage und die Schiffsführung erhalten so ein unmittelbares und zuverlässig verwertbares Feedback zur Maschinenperformance. Für sämtliche Schiffe einer Flotte liefert das System verlässliche und vergleichbare Ergebnisse.

Cross-Innovation als Lösungsstrategie

In der Automobilindustrie sind hochgenaue, standardisierte Messsysteme zur Bestimmung von Brennstoffverbräuchen seit Jahren üblich. In der Schifffahrt ist dies dagegen noch nicht der Fall. Durch die Übernahme bewährter Messtechniken aus der Automobilindustrie in Verbindung mit der Nutzung innovativer Experten- und Assistenzsysteme wäre auch ein effizienterer Schiffsbetrieb möglich. Dies gilt ebenso für die überprüfbare Einhaltung von Schadstoffemissionen. In Kombination mit anderen hochaufgelösten Messverfahren, die weitere Betriebsdaten wie Drehzahl, Zylinderdruck oder Emissions-Parameter messen, können Eingriffe in die Motorsteuerung zur Erhöhung der Motoreneffizienz vorgenommen werden. Dies wäre beispielsweise bei der Nutzung unterschiedlicher Brennstoffe sinnvoll. Hier existiert noch viel Potenzial für Innovationen. Diese könnten, weil bereits aus der Automobilindustrie bekannt, verhältnismäßig kostengünstig im operativen Schiffsbetrieb zum Einsatz kommen. Die hierfür erforderliche Verbrauchsmesstechnik erfordert eine hohe Informationsdichte an Messwerten, sorgfältiger Beachtung umgebungsbedingter Einflüsse zur Minimierung von Messfehlern und ist notwendiger und geforderter Bestandteil an AVL- Messsystemen im Prüffeld von Motoren und Fahrzeugen der Automobilindustrie. Die aus diesen Anforderungen resultierende Systemarchitektur, welche zwingend die ganzheitliche Beachtung von Messung und Booster-Funktion zur Versorgung des Motors mit Brennstoff erfordert, ist konsequent auf die Nutzung am Schiffsmotor übertragen worden.

Die Grazer AVL List GmbH, als das weltweit größte, unabhängige Unternehmen für die Entwicklung Simulation und Prüftechnik von Antriebssystemen und Verbrennungsmotoren, und das Ingenieurbüro HAWE aus Gifhorn treiben die Entwicklung dieses auf genaue und präzise Messungen optimierten Brennstoffverbrauchsmesssystems seit Mitte 2017 voran.

Durch das Maritime Cluster Norddeutschland (MCN) wurde der Kontakt zu einer mittelständischen Reederei, dem MCN-Mitgliedsunternehmen Reederei Rass, vermittelt. Diese ist bereit, das neue AVL-Messsystem im Zusammenwirken mit dem Expertensystem AVL EPOS™ an Bord eines Ihrer Schiffe zu nehmen, um die prognostizierte Verbesserung der Schiffseffizienz zu bestätigen. In dieser Win-Win-Situation profitieren beide Seiten: Die Reederei erfährt das Potenzial der neuen Technologie aus erster Hand und kann diese als erste nutzbringend einsetzen. Die AVL List GmbH und das Ingenieurbüro HAWE profitieren vom Zugriff auf wertvolle Betriebsdaten aus dem Realbetrieb und können diese zur weiteren Optimierung des Systems nutzen. Die Marine Technik Manfred Schmidt GmbH aus Ganderkesee wird die Fertigung des Prototyps übernehmen. Der Kontakt zum Konsortium kam ebenfalls durch das MCN zustande.

Derzeit arbeiten alle Beteiligten mit Hochdruck daran, schnellstmöglich die neue AVL-Brennstoffverbrauchsmesstechnik mit dem Expertensystem AVL EPOS™ an Bord zu bringen, um den ersten Schritt zu einer Etablierung präziserer Messsysteme zur Verbesserung der Schiffseffizienz in der Schifffahrt zu gehen. Die gesamte Anlage wird zunächst an den Motorprüfständen des Fachbereiches Maschinenbau und Schiffstechnik der Universität Rostock in Betrieb genommen, um dann auf der „HOHEBANK“ der Reederei Rass installiert zu werden. Die Klassifikationsgesellschaft Bureau Veritas wird das Projekt während der Realisierung fachlich begleiten.

Innovation durch Kooperation

Das Beispiel zeigt, dass durch die Förderung sinnvoller Unternehmenskooperationen langfristig echte Wertschöpfungen generiert werden können – mit oder ohne staatliche Förderung. Der Blick über Branchengrenzen hinweg führt dabei für die beteiligten Unternehmen zu echten Synergieeffekten: Die mitwirkenden Reeder optimieren die Effizienz ihrer Schiffe und die beteiligten Unternehmen erschließen sich neue Märkte.

Das System konnte auf der SMM 2018 mit Hilfe einer Virtual-Reality-Brille erstmals virtuell begangen werden. Beim Minister- und Senatorenempfang auf dem Stand des MCN wurde es öffentlichkeitswirksam durch Manfred Werner vom IB-HAWE präsentiert. Das MCN begleitet das Projekt von Anfang an; so wurde bereits im April 2018 ein Workshop zum Thema „Präzise Brennstoffverbrauchsmessung an Bord als Ansatzpunkt für Cross-Industry Innovation?“ gemeinschaftlich vom MCN mit dem MCN-Mitglied IB- HAWE mit Beteiligung der Universität Braunschweig sowie der AVL List GmbH / Graz organisiert – die Workshop-Ergebnisse sind in die Entwicklung des Systems eingeflossen.

Kontakt

Manfred Werner
IB-HAWE Ingenieure
+49 172 2033266
manfred.werner@ib-hawe.de

Dr. Heribert Kammerstetter
AVL List GmbH
+43 664 8509333
heribert.kammerstetter@avl.com

Henning Edlerherr
Maritimes Cluster Norddeutschland e. V.
+49 4404 98786-14
henning.edlerherr@maritimes-cluster.de