Schiffe werden aufgrund steigender Brennstoffpreise weiter mit gedrosselter Geschwindigkeit fahren. Die Maschinen sollten auf die niedrigen Wirkungsgrade angepasst werden.
Die globale Wirtschaftskrise 2008 führte zu erheblichen Gewinneinbrüchen bei den Reedern. Die Warennachfrage sank und gleichzeitig brachen die Frachtraten zusammen[ds_preview]. Reeder konnten sich glücklich schätzen, wenn sie ihre Schiffe kostendeckend betreiben konnten. Viele Schiffe wurden an die Kette gelegt, um so wenigstens die variablen Betriebskosten zu sparen. Zusätzlich nehmen die im Treibstoffsektor immer härter werdenden Umweltauflagen starken Einfluss auf die Bilanzen der Reeder. Die vielen Neubauten, welche stetig das angebotene Transportvolumen vergrößern, bringen außerdem die derzeitige Frachtratenerholung in Gefahr. Um dem entgegenzuwirken, wurde nach Alternativen gesucht, um die Schiffe gewinnbringender zu betreiben. Im Jahr 2005 kostete die Tonne Schweröl ca. 150 US$ und die Reeder ließen ihre Schiffe unter Höchstgeschwindigkeit fahren. Ende 2010 kostete die Tonne Schweröl jedoch ca. 450 US$ und aktuell beläuft sie sich auf ca. 600 US$. Genannte Gründe für den aktuellen Anstieg sind unter anderem die Libyenkrise und der nukleare Unfall in Japan.
Das Modell der langsamen Fahrt, genannt Slow Steaming, brachte eine Kehrtwende, so dass die Reeder ihre Schiffe teilweise bzw. vollständig einsetzen und von der Reede abziehen konnten. Da der Bedarf an Waren im Jahr 2008 stark einbrach und dies erhebliche Frachteinbußen bedeutete, waren die negativen Auswirkungen der verlängerten Lieferzeiten durch Slow Steaming relativ gering im Vergleich zur Kostenersparnis. Dafür konnten mehr Schiffe eingesetzt werden, welche die Überkapazitäten verringerten.
Es stellt sich die Frage, ob vor allem vor dem Hintergrund steigender Bunkerkosten Slow Steaming weiterhin sinnvoll ist – trotz steigender Charter- und Frachtraten. Dieser Beitrag betrachtet im Folgenden unterschiedliche Geschwindigkeitsmodelle sowie deren Treibstoffverbräuche und analysiert dabei Vor- und Nachteile.
1. Geschwindigkeitsmodelle – technische Aspekte
Neben den reinen ökonomischen Aspekten von Slow Steaming wird der technische Aspekt in der Praxis und Wissenschaft bislang kaum berücksichtigt. Jedoch hat der technische Aspekt erhebliche Auswirkungen im Langzeitbetrieb. Da Slow Steaming erst seit dem Jahre 2008 rege Anwendung findet, gibt es kaum praktische Erfahrungen darüber.
Mittels eines im Maritimen Simulationszentrum Warnemünde (MSCW) durchgeführten Versuchsmodells wird gezeigt, welche zusätzlichen Kosten und Auswirkungen im dauerhaften Maschinenbetrieb entstehen. Als Hauptmaschine findet ein Sulzer 5RTA84C mit einer maximalen Leistung von 20.250 kW Anwendung. Die Hauptmaschine läuft im Schwerölbetrieb (HFO) und hat eine maximale Drehzahl von 102 Umdrehungen pro Minute. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt ca. 21 kn.
Es werden insgesamt vier Versuche dargestellt. Zunächst wird ein Versuch unter Volllast (1.1) dargestellt, worauf zwei Versuche im normalen Betrieb mit (1.2) und ohne (1.3) Wellengenerator folgen und zuletzt wird der Versuch im Slow Steaming Modus (1.4) dargestellt.
1.1 Lastpunkt von 91 % bei 19,6 kn
Mit einem Lastpunkt von 91 % wird eine hohe Schiffsgeschwindigkeit von 19,6 kn unter hoher Last erreicht. Der Motor wird im Leistungsoptimum betrieben, das im Bereich zwischen 80 und 90 % liegt. Der Brennstoffverbrauch liegt bei 3.518 kg/h (absolut). Der spezifische Verbrauch hingegen liegt bei 190,9 g/kWh und stellt damit einen recht geringen spezifischen Verbrauch dar. Die Abgasenergie reicht aus um den Abgaskessel zu betreiben und um den Hilfskessel abzustellen, woraus eine Brennstoffersparnis resultiert. Der Turbolader arbeitet im optimalen Betriebspunkt aufgrund des optimalen Leistungsgrades der Hauptmaschine. Mit der gelieferten Kühlwasserabwärme lässt sich mithilfe des Verdampfers Frischwasser für den Bordbetrieb erzeugen. Ansonsten müsste Frischwasser gebunkert werden, was nicht unerhebliche Kosten verursacht. Da der Wellengenerator nicht betrieben wird müssen zusätzlich die Generatordiesel betrieben werden um elektrische Leistung zu erzeugen. Diese verbrauchen dadurch zusätzlich Betriebsstunden und einen qualitativ höherwertigen Treibstoff (siehe 1.3).
1.2 Lastpunkt von 76 % bei 18,4 kn (mit Wellengenerator)
Mit einem Lastpunkt von 76 % wird eine gute Schiffsgeschwindigkeit von 18,4 kn erreicht, die nur geringfügig unter der Höchstgeschwindigkeit liegt. Der Motor wird nahe dem Leistungsoptimum betrieben und es sind noch genügend Leistungsreserven vorhanden. In der Regel werden Fahrpläne bei Geschwindigkeiten unter diesem Lastpunkt erstellt. Verspätungen aufgrund von unvorhergesehenen Ereignissen können dann herausgefahren werden. Der Brennstoffverbrauch liegt bei 3.001 kg/h (absolut) und der spezifische Verbrauch liegt bei 193,5 g/kWh. Die Abgasenergie reicht aus um den Abgaskessel zu betreiben. Der Hilfskessel kann abgestellt werden, um Brennstoff zu sparen. Mit der gelieferten Kühlwasserabwärme lässt sich mit dem Verdampfer Frischwasser für den Bordbetrieb erzeugen und muss nicht gebunkert werden.
Bei diesem Lastpunkt erfolgt die Fahrt unter Betrieb eines Wellengenerators. Der Wellengenerator erzeugt den Strom wesentlich effizienter als die Dieselgeneratoren. Durch einen nur geringen Mehrverbrauch von ca. 4,53 t an Schweröl pro Tag erzeugt der nun betriebene Wellengenerator 976 kW an elektrischer Leistung. Daraus resultiert dennoch insgesamt eine Brennstoffersparnis, weil die Hauptmaschine einen besseren Wirkungsgrad erzielt im Gegensatz zu den Generatordieseln. Folglich können Betriebsstunden der Dieselgeneratoren eingespart werden, was wiederum geringere Wartungs- und Betriebskosten zur Folge hat.
1.3 Lastpunkt von 71 % bei 18,4 kn (ohne Wellengenerator)
Die Fahrt erfolgt bei einem Lastpunkt von 71 % bei einer Schiffsgeschwindigkeit von 18,4 kn ohne Betrieb des Wellengenerators. Der geringere Lastpunkt entsteht aufgrund der nun externen Stromversorgung, welche ausschließlich über Dieselgeneratoren erfolgt. Aufgrund des Einsatzes von Dieselgeneratoren resultieren extra Brennstoff-, Wartungs- und Instandhaltungskosten. Die Brennstoffverbräuche der Dieselgeneratoren sind außerdem höher als der Mehrverbrauch bei Einsatz des Wellengenerators.
Der Motor erreicht immer noch einen relativ guten Betriebspunkt, wobei auch hier noch genügend Leistungsreserven vorhanden sind. Der Brennstoffverbrauch liegt bei 2.781 kg/h (absolut) und der spezifische Verbrauch bei 191,7 g/kWh. Die Abgasenergie reicht aus, um den Abgaskessel zu betreiben und erlaubt das Abstellen des Hilfskessels, woraus eine Brennstoffersparnis resultiert. Frischwasser kann auch in diesem Fall mit dem Verdampfer und der Kühlwasserabwärme erzeugt werden.
1.4 Lastpunkt von 35 % bei 15,0 kn –Slow Steaming
Die Fahrt erfolgt unter Schwachlast bei einem Lastpunkt von 35 % und einer Schiffsgeschwindigkeit von 15 kn. Der Brennstoffverbrauch liegt bei relativ geringen 1.381 kg/h, allerdings steigt der spezifische Brennstoffverbrauch auf 195,6 g/kWh, weil die im Brennstoff gebundene Energie nicht mehr optimal umgewandelt wird. Es entsteht ein Mehrverbrauch von ca. 5 g/kWh im Vergleich zur Fahrt unter großer Last. Die Abgasenergie reicht in diesem Fall nicht mehr aus, um den Abgaskessel zu betreiben, weswegen der Hilfskessel betrieben werden muss. Dieser Brennstoffmehrverbrauch ist nicht im absoluten Brennstoffverbrauch enthalten. Der Frischwassererzeuger kann nicht mehr betrieben werden, da die Kühlwasserenergie dafür nicht mehr ausreicht. Frischwasser muss gebunkert werden. Die Hilfsgebläse müssen laufen, da der Turbolader nicht mehr arbeitet. Dies kostet sehr viel elektrische Energie, woraus wieder ein größerer Brennstoffverbrauch resultiert. Aufgrund der niedrigen Drehzahl kann der Wellengenerator nicht mehr betrieben werden. Deswegen muss die elektrische Energie über die Hilfsdiesel produziert werden. Durch den Schwachlastbetrieb ist der Verbrennungsprozess im Motor insgesamt sehr schlecht. Aufgrund der unvollständigen Verbrennungen entstehen Verkokungen, weil der nichtverbrannte Kohlenstoff sich in den Maschinenteilen als Ruß absetzt. Die unvollständigen Verbrennungen verursachen außerdem schlechte Abgaswerte und führen zu einer rußenden Abgasfahne. Durch die geringe Abgastemperatur besteht die Gefahr der Korrosion, da der Taupunkt der Schwefelsäure unterschritten wird. Aufgrund der starken Mehrbelastungen steigen die Schmierölverbräuche und der Bauteileverschleiß stark an. Insgesamt ist der Gesamtwirkungsgrad der Anlage sehr schlecht, da die gesamte Schiffsmaschinenanlage nicht für diesen Lastpunkt ausgelegt ist.
1.5 Fazit der Versuchsreihe
Aus rein ökonomischer Sicht ohne Berücksichtigung der technischen, langfristigen Aspekte ist Slow Steaming zweifelsfrei sinnvoll. Denn wird nur Geschwindigkeit und Schwerölverbrauch betrachtet, bedeutet dies enorme Ersparnisse (siehe Abb. 2).
Bei der in der Seefahrt üblichen Fahrt mit Wellengenerator unter Last von hier 76 % wird eine Geschwindigkeit von 18,4 kn bei einem Treibstoffverbrauch von 3.001 kg/h erreicht. Im Vergleich zu der Fahrt unter Schwachlast bei hier 35 % und einer Geschwindigkeit von 15 kn mit einem Treibstoffverbrauch von 1.381 kg/h entspricht dies einer Treibstoffersparnis von 54 % bei einer Geschwindigkeitsabnahme von nur 18,5 %.
Pro Tag bedeutet dies eine Treibstoffersparnis von 38,88 t. Bei Bunkerkosten von derzeit ca. 600 US$ pro Tonne führt dies einer Kostenreduktion um ca. 23.328 US$ pro Tag.
Aus rein technischer Sicht muss aber langfristig betrachtet werden, in welcher Höhe die derzeitigen Maschinen und die dazugehörigen Komponenten zusätzliche Reparaturkosten und Instandhaltungskosten verursachen. Dies betrifft u. a. Schiffsmaschinenanlagen wie hier den beispielhaft gewählten Sulzer 5RTA84C, dessen positiver Gesamtwirkungsgrad nicht im Schwachlastbereich liegt.
Schiffsmaschinenanlagen die auf Slow Steaming umgerüstet werden oder die von vornherein nur auf den Schwachlastbereich ausgelegt sind, sind von den zusätzlichen Kosten nicht betroffen. Aus diesem Grund macht es jetzt schon vielfach Sinn umzurüsten bzw. im Bau befindliche Frachter mit diesen Anlagen auszurüsten, da die Bunkerkosten in den kommenden Jahren stetig steigen werden. In zwanzig Jahren könnte der Preis für eine Tonne Schweröl ca. 1.000 bis 2.000 $ betragen. Außerdem werden die Kosten durch stetig wachsende Umweltauflagen für ältere Schiffsmaschinenanlagen ebenfalls stark steigen, wovon die Motoren, die auf Slow Steaming ausgelegt sind, profitieren werden und dadurch einen Wettbewerbsvorteil genießen.
2. Geschwindigkeitsmodelle – ökonomische Aspekte
Ökonomische Aspekte wie Gewinne, Erlöse und Kosten wurden ohne Berücksichtigung der technischen Aspekte von [3] bereits untersucht, dabei wurden nachfolgende zwei Geschwindigkeitsvarianten besonders hervorgehoben.Voraussetzung ist die Kenntnis über die aktuelle Marktsituation, ob die Frachtschiffe ausgelastet sind oder die Nachfrage am Markt niedrig ist.
2.1 Gewinnoptimale Geschwindigkeit
Diese Variante findet Anwendung, wenn eine hohe Auslastung der Schiffe und steigende Frachtraten den Markt kennzeichnen.
Die Schiffe fahren allgemein bei einer Geschwindigkeit von ca. 75 % der Höchstgeschwindigkeit. Eine höhere Geschwindigkeit würde aufgrund des exponentiellen Brennstoffanstiegs nur selten vertretbar sein. Unter dieser Geschwindigkeitsauslastung die Schiffe zu betreiben würde höhere Betriebskosten verursachen, welche nicht im Verhältnis zu der eingesparten Transportdauer stehen. Da jedoch die Brennstoffpreise weiterhin stetig steigen wird die gewinnoptimale Geschwindigkeit sich sukzessive reduzieren. Die Konkurrenz am Markt ist groß und dadurch können die Frachterlöse nicht äquivalent zum Brennstoffpreis angehoben werden. Zwangsläufig sind die Reeder gefordert ihre Schiffe weiterhin im Tempo zu drosseln.
2.2 Kostenoptimale Geschwindigkeit
Die kostenoptimale Variante findet Anwendung, wenn Überkapazitäten an Tonnage vorhanden sind. Dieses Modell fand im Zuge der Weltwirtschaftskrise 2008 und des mangelnden Frachtaufkommens Anwendung, bei der zahlreiche Schiffe ohne Beschäftigung auflagen. Zum Beispiel können auf einer Route mit vier Handelsschiffen zwei zusätzliche Schiffe eingebunden werden, wobei die Geschwindigkeit aller Schiffe um 33 % gesenkt werden kann bei gleichbleibender Hafenanlauffrequenz. Dadurch ist die kostenoptimale Geschwindigkeit geringer im Vergleich zur gewinnoptimalen Geschwindigkeit. Aufliegende Schiffe verursachen hohe Betriebskosten, die durch die zusätzliche Einbindung und der daraus resultierenden Kostenersparnis relativiert werden können. Außerdem können die Brennstoffkosten im Gegensatz zum gewinnoptimalen Modell gesenkt werden. Damit lassen sich mit diesem Modell mehr Kosten einsparen als mit dem gewinnoptimalen Modell trotz Einbindung zusätzlicher Schiffe. Dies wird verdeutlicht anhand der Modellrechnungen von Gudehus [Gudehus, Timm: Logistik: Grundlagen, Strategien, Anwendungen. 4. Aufl. Heidelberg: Springer Verlag, 2010], deren Ergebnisse in Abb. 3 dargestellt sind. Die Flottenleistung beider Modelle ist konstant, jedoch halbiert sich der Treibstoffverbrauch durch Einbindung von zwei zusätzlichen Schiffen. Da permanent Schiffsneubauten mit neuen Kapazitäten auf den Markt drängen, ist das kostenoptimale Modell trotz der sich rasch erholenden Weltwirtschaft somit nicht zu vernachlässigen.
Resümee
Schlussfolgernd wird sich Slow Steaming nach Ansicht der Verfasser auch in Zukunft weiter bewähren. Aufgrund steigender Brennstoffpreise für Schweröl und trotz anziehender Charter- und Frachtraten und steigender Nachfrage am Markt macht es Sinn, die Flotten langsamer fahren zu lassen.
Eine Erholung der Weltwirtschaft begann sich in der zweiten Hälfte des Jahres 2009 abzuzeichnen und Anfang 2010 an Schwung zu gewinnen. Das weltweite Wirtschaftswachstum betrug laut dem IWF-Jahresbericht 2010 ca. 4,5 % und wird 2011 bei ca. 4,25 % liegen. Ende 2010 waren die Flottenkapazitäten gut ausgelastet. Jedoch ist ungewiss, inwiefern der Zuwachs der Kapazitäten durch Schiffsneubauten die Schiffsauslastung und damit die Fahrtgeschwindigkeiten beeinflusst. Zunächst wird sich das Modell der gewinnoptimalen Geschwindigkeit durchsetzen. Bei entsprechend starker Zunahme an Überkapazitäten wäre das kostenoptimale Modell zu bevorzugen. Dann könnte auch von »Super Slow Steaming« gesprochen werden, da die Fahrtgeschwindigkeiten enorm gedrosselt werden könnten.
Das Problem der kostenoptimalen Geschwindigkeitsvariante besteht jedoch beim Unterschreiten des kritischen Auslastungsgrades der Maschinen. Auf Dauer ist es nicht vertretbar den Großteil der Handelsflotte in diesem niedrigen Geschwindigkeitsbereich fahren zu lassen, da der Gesamtwirkungsgrad der Maschinenanlagen nicht für solch kleine Lasten konzipiert worden ist und es somit zwangsläufig zu Schäden kommen wird. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Maschinenanlagen der Neubauten auf diese niedrigen Wirkungsgrade auszulegen bzw. die Maschinenanlagen darauf umzurüsten.
Ein weiterer Nachteil bei Umrüstung der Maschinen auf Slow Steaming besteht darin, dass die betroffenen Schiffe nun nicht mehr für hohe Geschwindigkeiten ausgelegt sind. Bei einer starken Konjunktur und einem Mangel an Kapazitäten würde das eine »zwanghafte« Geschwindigkeitsverringerung für die Reeder bedeuten. Bestimmte, tendenziell hochwertige und eiligere Güter könnten nicht mehr per Schiff transportiert werden und Frachterlöse gehen verloren.
Autoren:
Henryk Schneider
E-Mail: henryk.schneider@gmx.net,
Tel.: 0163-7337-144
Prof. Dr. Sönke Reise
E-Mail: soenke.reise@hs-wismar.de,
Tel.: 0381-498-5834, Fax: -5802
beide Hochschule Wismar Bereich Seefahrt in Warnemünde,
18119 Rostock-Warnemünde
Henryk Schneider, Prof. Dr. Sönke Reise
