Ein Systemvergleich am Beispiel des RoRo-Transporters: verschiedene Maschinenanlagen
Technik: Schiffe Technik: Luftfahrt Technik: Fahrzeuge
Systemvergleiche - Beispiel Containerschiff
Technik: Organisation-Einsatzleitung Technik: Logistik
Technik: Kommunikation Technik: Rettung
Technik: Eigenversorgung Technik: Sicherheit
Wichtigste Grundanforderungen an die Stiftungsschiffe sind: beste Schwerwettereigenschaften; höchstmögliche Geschwindigkeit; wirtschaftliche, technische, logistisch-transporttechnische und rettungstechnische Effizienz.
Am Beispiel des RoRo-Transporters sollen zwei Dinge gezeigt werden: die Funktionalität des Systems und die verschiedenen Antriebe, die möglich wären.
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Hier haben wir das Schiff von außen in der Form nach unserer Vorgabe. Die besonderen Merkmale sind:
Horizontal liegende Waterjet-Propulsion als Full-Elektroschiff mit Gasturbinen.
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Hier der Längsschnitt unbeladen. Die Maschinenanlage setzt sich zusammen aus dem Gasturbinen-Generatorsets, der Abwärme-Wärmetauscherkesselanlage und der Abwärme-Dampfturbine mit Generator. Die Zuluft wird über ein Lüfterhaus hinter dem Deckshaus angesaugt, das Restabgas unter dem Schiff ausgeblasen. Damit ist das Flugdeck frei von Heißgasverwirbelungen des Schornsteins als Gefahrenoption für Start und Landung der Hubschrauber. Gasturbinen haben ein Problem, bei Unterlast um 50 % bricht der Wirkungsgrad zusammen. Das macht sie untauglich für Langsamfahrt bei der Kraftumsetzung über Getriebe und Welle auf einen Propeller. Dieser Bereich muss daher bis heute durch Dieselmotoren abgefangen werden. Anders bei einem Full-Elektroschiff mit Generatoren, die in einen Sammelbus einspeisen, aus denen die stufenlos regelbaren Fahrmotoren gespeist werden, die zudem im Niederlastbereich ein höheres Drehmoment entwickeln als ein Dieselmotor mit Getriebe und Gangschaltung. Hier kann mal also auch Gasturbinen unterschiedlicher Leistungsstufen in der Leistung reduzieren und kaskadieren schon um den Treibstoffverbrauch zu reduzieren ohne die Fahrleistung einzuschränken. Das Problem des Leistungseinbruchs der Gasturbinen ist damit beseitigt.
Das nächste Verbundelement sind die Fahrmotoren und der Waterjet-Steuerkopf. Dazu kommen die Pumpjets als eigenständige Einheiten als Manövertriebwerke, 3-D-Selfpositioning-Anlage (SP-Anlage) sowie Take me Home Notantrieb.
Die gemischte Ladung aus Containern auch unter Deck, Fahrzeugen verschiedener Höhen und Sonderlasten von großen Maschinen bis zusammengefalteten Hubschraubern bedingen Ladedecks mit verschiedenen Höhen. Es gibt im Schiff daher Car-Decks für PKW, LKW und Container auf Rollflats, Contrainertrailerzüge und Großgerät. Das Ladedeck für Großgerät, auch das zentrale Einfahrdeck für die Heckrampe hat ein höhenverstellbares Hängedeck und kann in Cardecks verschiedener Klassen aufgeteilt werden. Der Verkehr im Schiff erfolgt über feste und Zugrampen sowie einen Container- und LKW-Fahrstuhl. Dazu hat das Schiff zwei Seitenpforten mit winkelverstellbaren Ansatz-Fahrrampen. Die Heckrampe ist gefaltet und seitenschwenkbar. Das mobile Docksystem wird mittels Ladepontons aufgebaut, die wie die Fahrrampen für die Seitenpforten an Oberdeck gestaut sind. Pontonschlepper in Form von S.A.R.-Tochterbooten können an Oberdeck ebenfalls mitgenommen werden, auch schwere entsprechend motorisierte Ride-Boote mit Schlepppoller sind dafür geeignet. Die Krananlage aus vier Kränen ist für 60 Tonnen je Kran ausgelegt, die im Tandemhub 120 Tonnen Schwerlastkollo heben können. Ein weiterer Fahrstuhl von Großlastdeck zum Landedeck befindet sich bei den Zuluftschächten der Gasturbinenanlage. Mit diesem wird Ladung zum Lufttransport befördert. Die Decks verfügen über eine Breite von 7 bis 9 Fahrspuren und eine Höhe bis 4,80 Meter in Cardeckbereich. Das Großlastdeck hat eine Höhe bis über 8 Meter. Die Decks sind für schwere Lasten verstärkt.
Die Decks unter der Wasserlinie sind durch die Seitentanks als Doppelhüllenschutz abgedeckt. Ferner können die Decks in die Bilge entwässern, das Schiff verfügt über eine entsprechend starke Lenzpumpenanlage. Weiterhin gibt es Rollschotten und Brandschutz-Rolltore in den Cardecks. Dazu eine Waterfog-Sprinkler- und eine Gaslöschanlage. Bei Verriegelung der betroffenen Zone kann diese mit sauerstoffverdrängenden Schutzgasen geflutet werden, auch als Inertgasanlage aus den eigenen Abgasen. Der Fluchtweg aus den Maschinenräumen erfolgt separiert und abgeschlossen von den Ladedecks durch Fluchtschächte im Zuluftschacht und unter die Back mit weiteren Mann-Notausstiegen.
Die Ladedecks-Be- und Entlüftung erfolgt wie bei Autotransportern üblich über Lüfterhäuser an den Schiffsseiten und unter dem Landedeck.
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Hier eine Variante mit Fahrzeugladung, Containern auf Rollflats im Unterdeck und Containern auf dem Oberdeck (zwischen den Pontons). Die Rollflatschlepper gehören zur Bordausstattung.
Länge: ca. 216,4 m
Breite : ca. 32 m (PanaMax)
Tiefgang ca. 8 Meter (Konstruktion)
Verdrängung: ca. 48.000 t. (Konstruktion), Ladefähigkeit ca. 30.000 t. (entsprechend ca. 2.700 TEU) oder um 250 - 300 Fahrzeuge
Maschinenleistung: ca. 165.000 kW (225.000 PS) Gasturbinen-Gensetleistung und Abwärmeturbinenset (GuD) auf 4 Fahrmotoren zu je ca. bis 42.000 kW. und 4 Pumpjets zu je 5.000 kW.
Gewicht der Maschinenanlage: ca. 1.600 t.
Die Fachwelt hat sich für den Dieselmotor als Schiffsantrieb entschieden, 98 % aller Schiffe fahren heute mit Dieselmotoren. Er gilt als die derzeit effektivste und ökonomischte Antriebsvariante, die alle anderen erfolgreich weitgehend verdrängt hat als Primärsystem. Auch hier werden neben elektronischer Einspritz- und Zündsteuerung (Common rail) die Abgase über eine Abwärme-Wärmetauscheranlage nachgenutzt. Auch diese Großanlagen verfügen über einen Abwärmekessel und eine Abdampfturbine. Gasturbinen sind der Marine überlassen.
Primäranforderung an die Stiftungsflotte ist Geschwindigkeit. Die Maschinenanlagen der Sriftungsflotte folgen einem stackbaren Modulsystem, dass in der Grundkonfiguratin aus 3 Hauptgasturbinen, 4 Hilfsgasturbinen und der Abwärmeanlage besteht als Generatoranlage. Das geben die Schiffsabmessungen wie der noch vertretbare Treibstoffverbrauch vor. Dieses System ist in beide Richtungen variierbar. Daraus wie aus den Schiffsgewichten und Schiffsgrößen neben den hydrodynamischen Werten ergeben sich die maximalen Höchstgeschwindigkeiten. Für die kleineren S.A.R.Schiffe liegt die Rumpfgeschwindigkeit bei 60 Knoten.
Würde man die etwa gleiche Maschinenleistung in Diesel umsetzen sähe das so aus:
Zugrunde liegen zwei Wärtsilä-Sulzer Dieselmotoren Typ RTA96-C turboaufgeladen, 14 Zylinder, je 80.800 kW, zusammen 161.600 kW. Dazu kommen ca. 10.500 kW aus der Abwärmenachnutzung, zuschaltbar auf die Welle oder als Turbogenerator. Weiter erforderlich dazu 8 Hilfsdieselgeneratorsets zur Energieerzeugung für den Hauptmotorberieb (Kühlung, Motorblockheizung, Pumpen, Kompressoren für die Anlassluftablage u.a.m.) und die Bordstromversorgung, der Leistung auch aus einem Wellengenerator zugespeist werden. Diese Hilfsdieselmotoren mit je 5.500 kW Leistung verbrauchen weitere 44.000 kW für den bordinternen Grundbetrieb zum Betrieb der Haupt- und Fahrmotoren. Diese arbeiten in der Regel auf ein Schaltgetriebe mit bis 3 Gängen als Langsamläufer zwischen 100 bis 150 Umdrehungen/Min. Die Hauptmotoren wiegen 2,300 t. je Motor, also zusammen 4.600 t. Dazu kommen die Gewichte der Hilfsanlagen, die sich zu einem Gewicht der Gesamtmaschinenanlage um mind. 6.600 t. mit Wellenlanlage und Propeller aufsummieren. Ein entsprechender Anteil der Leistung und damit des Treibstoffverbrauchs wird gebraucht bei jeder Maschinenanlage, das Eigengewicht zu bewegen und voranzutreiben. Hier besteht eine Gewichtsdifferenz um 5.100 t., die zu bewegen ist.
Dazu kommt die klassische Verdrängerform mit konventionellem Antrieb, da es solche Motoren als Generatorsets nicht gibt. Durch die Form - Doppelender mit Unterhängen (Schrauben und Ruder) gegen Halbgleiterrumpf mit zum Heck durchlaufer Schiffsbreite ohne Unterhänge - sind noch einmal um 25 % zu überwindender Formwiderstand hinzu- bzw. von der Fahrleistung abzurechnen. Der Wirkungsgrad dieser Anlage liegt bei um 45-50 % mit Abwärmanachnutzung ohne Bewertung der Form- und Strömungswiderstände des Verdrängers gegen einen Wirkungsgrad ab 70 % aufwärts einer GuD-Gasturbinenanlage mit Abwärmenachnutzung und mit entsprechend reduzierten Form- und Strömungswiderständen.
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Hinzu kommt der sehr deutlich verringete Laderaum, Verlust um ca. 50 %, also das weitaus ungünstigere Nutzverhältnis, dass keinen realen Sinn mehr ergibt an nutzbarem Volumen wie benötigter Leistung je geladener Tonne.
Das sind die Gründe, warum wir den direkt auf die Welle und Propeller arbeitenden Dieselmotor verbschieden müssen.
Eine mögliche Alternative wäre eine Dieselgeneratoranlage. Diese Dieselgensets sind als Hilfsanlagen mit oberen Leistungsgrenzen im Markt. Es ist üblich, z.B. zum Betrieb für Azipods mehrere solcher Gensets als Leistungsträger zusammenzuschalten als eine Option des Full-Elektrobetriebs.
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Aber es sprechen doch etliche Faktoren dagegen. Einer der gewichtigsten ist der Raumverbrauch, gefolgt vom Gewicht. Auch hier ist eine Abwärmenachnutzung integriert. Als Muster dienen Dieselgeneratoren des Typs Wärtsilä Genset 38 16 V mir je 11.500 kW, zusammen 134.400 kW bei 12 Gensets. Drei weitere mit dann zusammen 168.900 kW wären möglich. Die Modelle anderer Hersteller begrenzen bei um 8.000 kW, da hätten wir mehr Sets benötigt. Die 12 Sets wiegen um 2.200 t., bis 2,700 t. bei 15 Sets. Dazu kommen die Hilfsanlagen, sodass ein Gesamtgewicht um bis 3.600 bis 4.000 t. zusammen kommen kann. Es gehen nahe 20 % an Laderaum verloren, dazu muss die Höhe eines Cardecks eingeschränkt werden, es muss also ein komplettes Trailerdeck für bis ca. 30 Containerzüge oder um 50 Container-LKW fortfallen.
Die Verwendung von Azipods ist für uns kein Thema. Sie setzen das Doppelender-Verdrängerformat voraus und bilden als Groß-Unterhang einen bedeutenden Strömungs- und Formwiderstand. Die Gefahr, sich solche Unterhänge zu beschädigen oder abzufahren ist im Einsatz erheblich. Schiffe ohne Unterhänge sind daher von größtmöglichem Vorteil und wesentlich havariesicherer.
Rev. Nr. 01.0 25.01.2010
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