Schließen

Lego für Ingenieure

04.08.2014 | Text: Nina Felicitas Kunzi | Bilder: MTU

Gasmotor

Im Jahr 2016 soll der weltweit erste Hafenschlepper mit schnelllaufenden Gasmotoren im Rotterdamer Hafen fahren. Die niederländische Werft Damen baut ihn, die dänische Reederei Svitzer wird ihn betreiben und MTU liefert seinen Antrieb. Dank der hohen Leistungsdichte des Motors und einem innovativen Schiffsdesign wird der Schlepper besonders kompakt und gut manövrierbar sein. Für MTU-Ingenieure war die Entwicklung eine Erinnerung an lange vergangene Kindertage: Sie durften Lego spielen.  Denn sie kombinierten die entscheidenden neu entwickelten Komponenten mit einzelnen Bausteinen der MTU-Motorbaureihe 4000, die es als Dieselvariante und als stationäre Gasvariante gibt.

Er wirkt wie ein gut behüteter Patient auf einer Intensivstation. Aufgestellt in einem weiß gestrichenen, fast steril wirkenden Raum, beobachten ihn die Experten hinter der Glasscheibe ganz genau. Ihre Blicke wechseln zwischen den bunt flimmernden PC-Bildschirmen und dem Objekt hinter der Scheibe hin und her. Der neu entwickelte MTU-Gasmotor für die mobile Anwendung steht in Friedrichshafen auf einem neuen, hochmodernen und spezialisierten Prüfstand. Der Motor wird dort für den anspruchsvollen Betrieb in einem Schiff entwickelt und unter realitätsnahen Marinebedingungen auf Herz und Nieren getestet. 70 Tonnen Pfahlzug, Volllast fahren, beschleunigen, Teillast und Leerlauf fahren, wenden:  Die 508 bunten Kabel, die aus dem Versuchsmotor herausragen, veranschaulichen, wie viele unterschiedliche Messungen die Versuchsingenieure an dem neuen MTU-Gasmotor vornehmen. In einer weiterentwickelten Form soll er ab 2016 in dem ersten Hafenschlepper mit schnelllaufendem Erdgasantrieb der Damen-Werft im Einsatz sein, um riesige Überseeschiffe auf engstem Raum im Hafen zu manövrieren. Bisher gibt es nur wenige Gas-Schlepper auf dem Markt. Sie sind jedoch meist mit größeren und schwereren mittelschnelllaufenden Motoren ausgestattet, was die Schiffe im Gegensatz zum neuen Schlepper von Damen weniger kompakt und wendig macht.

Kraftstoff der Zukunft                                                                                              „Erdgas ist ein wichtiger Kraftstoff der Zukunft. Er ist länger verfügbar, in vielen Weltregionen günstiger und hat eine bessere Umweltbilanz als Schweröl oder Diesel“, sagt Peter Friedl. Er ist Produktmanager für mobile Gasmotoren bei MTU Friedrichshafen. Weltweit verkehren derzeit 42 mit Flüssiggas (LNG) betriebene Schiffe auf den Weltmeeren, weitere 40 bis 50 Schiffe sind laut Angaben der  Schiffsklassifikation „Det Norske Veritas“ in Bestellung und Konstruktion. Einer der Hauptgründe für die niedrig wirkende Zahl ist die bisher mäßig ausgebaute Netz an Bunkern, den Tankstellen für Schiffe. Bisher gibt es nur wenige Anlaufstellen, bei denen Schiffe den flüssigen oder gasförmigen Erdgas-Kraftstoff bunkern können. Vorreiter sind beispielsweise Häfen in den USA, Norwegen, Dänemark und den Niederlanden. Doch das soll sich ändern: Die britische Klassifikationsgesellschaft „Lloyd’s Register“ hat für eine aktuelle Bunker-Infrastruktur-Studie zu Flüssiggas 22 internationale Häfen befragt. Danach erwarten die Häfen in den ECA-Zonen (Zonen, in denen besondere Umweltrichtlinien gelten), dass der Anteil an LNG am Gesamtbunker bis 2025 rund ein Viertel betragen wird – im kommenden Jahr sollen es erst 1,7 Prozent sein. Die EU-Kommission hat vorgeschlagen, in allen 139 See- und Binnenhäfen des transeuropäischen Verkehrsnetzes LNG-Bunkerstationen zu installieren.


Building blocks of engine development: the gas engine for mobile applications is not entirely new but rather a combination of modules from the MTU Series 4000 unit and some new components.?
Wenn Motorentwicklung zum Legobauen wird: Der mobile MTU-Gasmotor ist nicht komplett neu, sondern eine Kombination aus Bausteinen der MTU-Motorbaureihe 4000 mit neuen Komponenten.

Lego für Ingenieure                                                                                                    2011 begannen die MTU-Vorentwickler einen Gasmotor für die mobile Anwendung zu entwickeln. Sie kombinierten unterschiedliche Komponenten aus der bewährten Baureihe 4000, die MTU als Diesel- und Gasvarianten anbietet. „Die Aufladung, das Triebwerk und die leicht modifizierte Abgasführung übernahmen wir vom Ironmen-Dieselmotor aus der Marineanwendung. Die Zylinderköpfe, die Zündanlage und die Drosselklappen stammen aus dem stationären 4000er-Gasmotor für die Stromerzeugung“, erklärt Dr. Philippe Gorse. Als MTU-Teamleiter für die Entwicklung neuer Motorenkonzepte verantwortete er das Projekt. Zudem ergänzten die Vorentwickler einige Komponenten  von C&I-Motoren, um den künftigen mobilen Gasmotor auch bei niedrigen Lasten sicher betreiben zu können. „Die Konzeptentwicklung dieses neuen Motors war im Grunde wie Lego für Ingenieure“, fasst Dr. Philippe Gorse zusammen. In den darauffolgenden zwei Jahren entwickelte das Projektteam unter anderem das Regelungskonzept, die Gaseinblasung und die Auslegung des Motors auf variable Gasqualitäten für gutes transientes Fahrverhalten. Bis Ende 2014 soll der Motor auf dem Prüfstand an die MTU-Serienentwickler übergeben werden.

Unterschied Diesel- und Gasmotoren                                                                        „Von einem MTU-Dieselmotor unterscheidet sich der neu entwickelte Gasmotor für die mobile Anwendung im Wesentlichen im Kraftstoffsystem und in der Motorsteuerung“, erläutert Gorse. Während der Kraftstoff beim Dieselmotor direkt in den Brennraum gespritzt wird, sich dort mit der Luft vermischt, verdampft und schließlich verbrennt, wird das Erdgas beim Gasmotor mithilfe der Gaseinblasung vor den Zylinderköpfen der Verbrennungsluft hinzugefügt. Der Effekt: Luft und Erdgas mischen sich gut durch, bevor sie in den Brennraum gelangen. Dort wird das homogene Gemisch anschließend verdichtet und verbrannt. Das Resultat: Es bilden sich kaum Rußpartikel. Ebenso stößt der Gasmotor 25 Prozent weniger Kohlendioxyd (CO2), deutlich weniger Stickstoffoxide (NOx) und keine Schwefeloxide (SOx) aus. Vorteilhaft an der spezifischen Kraftstoffzufuhr des Gasmotors ist, dass die Dosierung des Erdgas-Luft-Gemisches je nach Lastpunkt variabel gesteuert werden kann. Das heißt: Fährt ein Schlepper mit Gasmotor im Leerlauf, kann die Menge des hinzuzugebenden Erdgases niedriger sein als wenn er mit voller Last einen großen Tanker in den Hafen manövrieren muss. Möglich macht’s die neu entwickelte Gaseinblasung des MTU-Motors. „Die Herausforderung besteht also darin, das Gas so präzise hinzuzufügen, dass es verbrauchsgünstig verbrannt wird, der Motor unterschiedliche Lastanforderungen meistern kann und gleichzeitig die vorgegebenen Emissionen einhält“, so Dr. Philippe Gorse.


Volle Kraft voraus und dabei Grenzen einhalten                                                                                                                       In puncto Leistungsfähigkeit kann der neu entwickelte, schnelllaufende Gasmotor von MTU mit seinem Dieselpendant mithalten. Bei 1.800 Umdrehungen pro Minuten liefert er in der Zwölfzylinder-Variante 1.500 Kilowatt sowie in 16-Zylinder-Variante 2.000 Kilowatt. Die Abgasnormen IMO Tier III hält er sicher ohne Abgasnachbehandlung ein. Peter Friedl erklärt: „Wenn 2016 die verschärften Umweltrichtlinien in den ECA-Zonen eingeführt werden, dürfen dort nur noch Schiffe fahren, die die strengen Emissionsgrenzwerte erfüllen. Gasmotoren sind dafür prädestiniert.“

Erster schnelllaufender Gas-Schlepper                                                                      Den weltweit ersten gasbetriebenen Hafenschlepper mit schnelllaufenden Motoren entwickeln derzeit MTU, Damen und Svitzer gemeinsam. Er soll 2016 eingeführt werden. Neben dem 16-Zylinder MTU-Gasmotor werden auch Ruderpropeller von Rolls-Royce im Einsatz sein. Martijn Smit, Europa-Vertriebsleiter der Damen-Werft, erklärt: „Damen ist stolz darauf, an diesem Projekt mitzuwirken, bei dem der erste CNG-Hafenschlepper der Welt entsteht.“ Kristian Brauner, Leiter des Ressorts Technologie der Reederei Svitzer, fügt hinzu: „Innovationskraft im sicheren und umweltfreundlichen Betrieb ist für uns ganz wesentlich. Die Entscheidung diesen neuartigen CNG-Schlepper zu entwickeln, ist demnach die logische Weiterführung unserer Philosophie, Schleppergeschäft und Umweltschutz zu verbinden.“ Experten erwarten, dass die Zahl der erdgasbetriebenen Schiffe bis zum Jahr 2025 auf 3.200 Schiffe ansteigen wird. Bis dahin wird sich schon lange bewiesen haben, dass der bunt verkabelte Gasmotor auf dem MTU-Prüfstand den extremen Bedingungen im Schlepperalltag standhält.




Der Inhalt der Beiträge entspricht dem Stand zum jeweiligen Erscheinungsdatum. Sie werden nicht aktualisiert. Weitergehende Entwicklungen sind deshalb nicht berücksichtigt.

Ihr Kommentar

Kommentar*:
Name*:


E-Mail*:


Website:





Kommentare

SAURABH SINGHAL
29.03.2015
Having high speed GI engines in harbor tugs and maintaining the compact size and maneuverability is a substantial challenge. The introduction of GI engines for harbor tugs will certainly be a boon for the upcoming 2016 ECA regulations for emissions. This is some fantastic collabarative work.
 

Kontakt

Newsletter