STREAM – ökonomisches Schiffsdesign für die sieben Weltmeere

Das Hamburger Ingenieurbüro Technolog hat ein Konzept für ein modular

ausrüstbares, LNG-betriebenes und lukendeckelloses Vollcontainerschiff entwickelt, das alle IMO-Umweltvorschriften erfüllt. Christoph Rasewsky, Helmut Radebold und Bernd Pruin stellen STREAM im Folgenden vor
Effizienz steigern, CO2-Ausstoß senken: Die kommerzielle Schifffahrt muss in den kommenden Jahrzehnten zahlreiche ökologische Herausforderungen meistern. Dabei rückt LNG[ds_preview] als potenzieller Schiffstreibstoff nicht mehr nur zunehmend in den Mittelpunkt der Diskussion, sondern wird in Zukunft eine signifikante Rolle in der Schifffahrt spielen. Die Firma Technolog hat das »STREAM Design Concept« entwickelt und darauf basierend mit den Inge­nieuren der IPP Ingenieur Partner Pool GmbH STREAM-Designs für unterschiedlich große Containerschiffe mit LNG-Antrieb entwickelt und baureif vorgelegt.

Dabei steht STREAM für Sustainable Transport, Reliable, Economic, Ambitious.

Mit dem hocheffizienten Entwurf und einem ausgeklügelten Energiekonzept wird gezeigt, dass es keine Utopie ist, umweltfreundliche und im Betrieb wirtschaftliche Schiffe zu bauen, die nicht nur alle heutigen und zukünftigen Vorschriften erfüllen, sondern zudem auch die Slot-Kosten auf ein Minimum reduzieren. Bisher wurden verschiedenste Größenklassen auf die Vorteilhaftigkeit der STREAM-Technologie untersucht.

Das vom GL bereits geprüfte und genehmigte Design bezieht sich auf eine Bau­-

rei­he von Containerschiffen mit 3.500 bis 4.200 TEU sowie Wide-Beam-Schiffen der neuesten Generation mit 3.900 bis 5.000 TEU nomineller Ladekapazität. Technolog stellt ein modular ausrüstbares, LNG-betriebenes, lukendeckelloses Vollcontainerschiffsdesign vor. Nur der vordere Laderaum ist mit Lukendeckeln verschlossen und für den Transport von Gefahrgut ausgelegt. Alle dahinter befindlichen Laderäume sind offen. Optional ist es auch möglich, das Schiff komplett mit Lukendeckeln zu bestücken. Das Deckshaus ist im hinteren Drittel des Schiffs angeordnet. Die vorderen Anker und Mooring-Einrichtungen befinden sich unter einer geschlossenen Kappe, die in die speziell entwickelte Wellenbrecher-Konstruktion integriert ist. Die hintere Mooring-Einrichtung liegt geschützt unter dem letzten Containerstapel.

In weiteren Entwurfsstudien wurden sogenannte Large- und Super-Large Containerschiffe (LCVs und SLCVs) hinsichtlich des wirtschaftlichen und umweltfreund­lichen Einsatzes von LNG als Energieträger erfolgreich untersucht. Daraufhin entsteht demnächst in Korea eine Serie von 14.000- und 18.500-TEU-Schiffen, deren Antriebs- und Energieerzeugungssystem auf der STREAM-Technologie basiert.

Flexible Beladung

Das Design der baureifen STREAM CV wurde so optimiert, dass das Schiff sämtliche heute gängigen Containergrößen bis hin zu 49 Fuß aufnehmen kann. Darüber hinaus sind die Stellplätze an Deck so ausgelegt, dass größere Stapelgewichte als üblich aufgenommen werden können. Dank modernster technischer Ausstattung mit Stoppern in den Cellguides ist in jeder Zelle ein individuelles Staumuster möglich. Die Beladung im Raum und auch an Deck kann je nach Erfordernissen extrem flexibel erfolgen. Alle 40-Fuß-Stellplätze im Laderaum sowie bis zu drei Lagen an Deck sind für Kühlcontainer ausgelegt. Das Belüftungssystem wurde von Heinen & Hopman speziell an die Erfordernisse der Kühlcontainer angepasst und optimiert. Das patentrechtlich geschützte Technolog-Staukonzept und die Zurrvorrichtungen für die Container sowie das Stopper-System wurden in Zusammenarbeit mit dem interna­tionalen Beladungsspeziallisten Cargotec entwickelt. Weiterhin können die STREAM-Schiffe auch mit elektrischen Deckskränen bestückt bzw. nachgerüstet werden.

Sicheres Bunkern

Das LNG-Kraftstoffsystem für STREAM wurde gemeinsam mit TGE Marine Gas Engineering konzipiert. Unter Deck sind feste Bunkertanks vorgesehen, ergänzt durch ein neuartiges mobiles LNG-Tanksystem an Deck, das bei Bedarf eine zusätzliche Bunkerkapazität bereitstellt und so als »Range Extender« dient. Die optionalen LNG-Bunkercontainer werden an eine neu entwickelte Andockstation angekoppelt. Je nach Verfügbarkeit von LNG-Bunkersta­tionen oder -schiffen und Fahrtgebiet können auch beliebige Versorgungslücken auf der Welt überbrückt werden. Bei Nicht­bedarf werden die Stellplätze der Bunkercontainer durch Ladungscontainer genutzt.Das Bunkersystem gehört zu den wichtigsten Einrichtungen bei der Entwicklung LNG-betriebener Schiffe. Die Tank- und Bunkersysteme müssen sicher und zuverlässig sein und jedes Austreten von Gas verhindern. Wie das STREAM-Konzept zeigt, sind diese Techniken bereits jetzt verfügbar.

Das Entwurfskonzept konzentriert sich ganz auf Energieeffizienz. Der langsamlaufende Propeller des STREAM mit hohem Wirkungsgrad wird von einer Dual-Fuel- Zweitaktmaschine direkt angetrieben – einer Entwicklung von MAN für den LNG-Betrieb. Auch die Hilfsmotoren/Generatoren und der Boiler sind für den Dual-Fuel-Betrieb ausgelegt. Kraftstoffeinsparung ist nicht der einzige Vorteil des ganz auf Effizienz getrimmten Konzepts, wobei mithilfe eines wohlüberlegten Energiemanagement-Systems von Siemens nicht nur die Energie­potenziale der Motoren und deren Abgase, aber auch energiesparende Steuerungen der Verbraucher genutzt werden. Bei Bedarf wird zusätzliche Leistung der Hilfsmaschinen über einen Wellenmotor zusätzliche Energie für höhere Geschwindigkeiten beziehungsweise für benötigte Mehrleistungen bei Schlechtwetterbedingungen liefern. Insgesamt führen die Auslegung der Maschinenanlagen und die guten Entwurfseigenschaften des STREAM zu einer signifikanten Senkung des Brennstoffverbrauchs im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen auf konventionellen Schiffen.

Cleveres Energiemanagement

Mit Zusatzinvestitionen für eine Wärmerückgewinnungsanlage (WHRS) kann das Schiff seine Energieeffizienz noch weiter steigern. Dabei versorgt eine Abgaskesselanlage einen Turbosatz von MAN zur Erzeugung von elektrischer Energie. Das Power-Management-System (PMS) von Sie-

mens optimiert den Kraftstoffverbrauch und senkt damit die Energiekosten weiter. Je nach Betriebsbedingungen und in Abhängigkeit von der zukünftige Entwicklung der Brennstoffkosten und den erforder­lichen Fahrten in den Emissionsschutzgebieten (ECA-Zonen) können sich die zusätzlichen Installationskosten in drei bis fünf Jahren amortisieren.

Ein neuer Kraftstoff ist nur ein Teilaspekt des Trends zu höherer Effizienz in der Schifffahrt. Mithilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD) entwerfen sie Rumpfformen mit verbesserten hydrodynamischen Eigenschaften. Dabei wird nicht auf einen Designpunkt hin optimiert, sondern auf eine Bandbreite an Tiefgängen und Geschwindigkeiten, die das Fahrprofil eines Schiffs in der jeweiligen Größenklasse widerspiegeln.

Die Rumpflinien des STREAM wurden gemeinsam mit den Experten der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt (HSVA) optimiert. In enger Zusammenarbeit mit der GL-Tochterfirma FutureShip unter Nutzung der dort vorhandenen Software, der Bearbeitungsverfahren und des Fachwissens generierten die Konstrukteure zunächst zahlreiche Designvarianten, welche dann gezielt bis zur optimalen Rumpfform für eine maximale Ladekapazität und Stabilität mit den absolut geringsten Kosten per Container und Seemeile weiterent­wickelt wurden.

Die optimierten Rumpflinien ermög­lichen den Einsatz eines hocheffizienten, langsamlaufenden Propellers des Projektpartners Mecklenburger Metallguss (MMG). Das vor dem Propeller liegende Twisted-Fin-System und das Ruder von Becker Marine Systems sorgen für optimale Manövrier­fähigkeit.

Zukunftssichere Technologie

Die in den nächsten Jahren in Kraft tre­tenden strengen Emissionsgrenzwerte für Schwefeloxide, Kohlendioxid und Stickoxide erfordern bei Schiffen, die nicht für den LNG-Betrieb ausgelegt sind, in jedem Fall zusätzliche Investitionen. Die STREAM-Schiffe erfüllen in ihrer gegenwärtigen Konfiguration sämtliche Emissionsvorschriften, die in absehbarer Zeit Gültigkeit er­langen werden. Darüber hinaus erreichen sie nach vorläufigen Berechnungen einen EEDI-Index, der erheblich unter der Soll-Basislinie für 2025 liegt. STREAM-Schiffe können im Vergleich mit konventionellen Schiffen in ECA-Zonen bei vorsichtiger Schätzung etwa 30 % Kraftstoffkosten einsparen. Die Einsparungen von CO2 liegen bei allen Routen weltweit nennenswert über 30 %.

Modulares Prinzip

Alle STREAM-Schiffe erfüllen bereits die heutigen und zukünftigen Emissionsvorschriften. Das modulare Prinzip ermöglicht verschiedene Ausbaustufen und erlaubt dem Eigner ein höchst effizientes Containerschiff zu betreiben, das ihm die nötige Flexibilität lässt, auf wandelnde Marktanforderungen entsprechend zu reagieren. So können die Schiffe je nach Marktsituation als auch der Verfügbarkeit von Brennstoffen im Fahrtgebiet jederzeit mit dem entsprechenden Equipment nachgerüstet werden, um so den Vorsprung gegenüber der Konkurrenz weiter auszubauen.