Kraftentfaltung ohne Kolben: GTT, CMA CGM und DNV GL präsentieren Studie zu Großcontainerschiffen mit LNG-Gas- und Dampfturbinenantrieb

GTT, CMA CGM (mit dem Tochterunternehmen CMA Ships) und DNV GL haben eine technische Machbarkeitsstudie für ein neues Großcontainerschiff erarbeitet. Dem liegt das Konzept Piston Engine Room Free Efficient Containership (kurz PERFECt) zugrunde. Das Konzeptschiff wird mit LNG als Kraftstoff über eine kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) mit Energie versorgt und elektrisch angetrieben. In der Studie erarbeiteten und bewerteten die Partner das GuD-Antriebskonzept, das ein effizienteres, flexibleres und umweltfreundlicheres Design ermöglicht als bei aktuellen Großcontainerschiffen von 20.000 TEU mit Zweitaktdieselmotoren.

„Die Schifffahrtsindustrie hat erkannt, dass LNG neue Antriebskonzepte wie PERFECt ermöglicht, um die Effizienz von Schiffen zu steigern, den Verbrauch zu senken und so eine wirtschaftlich interessante Lösung anzubieten. Ich bin überzeugt, dass Flüssiggas als Kraftstoff in der maritimen Branche in den kommenden Jahren verstärkt genutzt wird“, sagt Remi Eriksen, Group President and CEO von DNV GL.

„Wir wollten mit der Studie zeigen, wie ein hochmodernes Design eines Großcontainerschiffs von der GuD-Technologie – einem System kombinierter Krafterzeugung über Gas- und Dampfturbinen – profitieren kann“, erklärt Gerd Würsig, Business Director LNG-fuelled Ships bei DNV GL – Maritime. „Ein modernes, landgestütztes GUD-Kraftwerk erreicht mit Erdgas einen Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent – mehr als konventionelle Dieselantriebe, die bis zu 52 Prozent erreichen. Außerdem ist bei einem solchen GuD-System die Leistungsdichte mit Blick auf Volumen und Gewicht viel höher.“

„CMA CGM und die Tochterfirma CMA Ships positionieren sich durch ihren Beitrag zu dieser weltweit führenden Innovation als Pioniere. Das Konzept überdenkt das Design eines Schiffs von Grund auf. Das GuD-System mit elektrischem Hauptantrieb lässt uns freier gestalten und die eingebaute Leistung maßgeschneidert auf das konkrete Einsatzprofil ausrichten“, sagt Jean-Baptiste Boutillier, Direktor Technology & Information bei CMA Ships. „Der geringere Platzbedarf des Maschinensystems und die größere Flexibilität des elektrischen Antriebs erhöhen die Kapazität, obwohl LNG-Tanks mehr Raum an Bord beanspruchen als traditionelle Kraftstofftanks. Durch mehr Frachtraum macht sich die zusätzliche Investition in die neue Technik schneller bezahlt.“

„Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlagen nutzen LNG als Kraftstoff auf besonders effiziente Art und Weise. Dabei profitiert das Gesamtsystem von der hohen Volumenausnutzung der GTT- Membrantanks. Das bringt noch mehr Frachtraum als mit einem herkömmlichen Schiffsdesign“, sagt Arthur Barret, verantwortlich für das LNG-Bunkerprogramm bei GTT. „LNG ist ein sauberer Kraftstoff, er ist reichlich vorhanden und kann kosteneffektiv zur Bebunkerung für diese Frachtart bereitgestellt werden – viel früher, als heute allgemein angenommen wird.“

DNV GL untersuchte die potenzielle Leistung umfassend mit der eigenen Computerplattform COSSMOS. Dieses Werkzeug erlaubt es, integrierte Schiffsmaschinensysteme zu simulieren und unterstützt so die Systemoptimierung. Das in COSSMOS abgebildete GuD-System kann detailliert analysiert werden. So wird die Berechnung des energetischen Gesamtwirkungsgrades unter Berücksichtigung des realen Lastprofiles eines Großcontainerschiffes möglich. Basierend auf einer FEM-Analyse (Finite-Element-Methoden-Berechnung), bewerteten die Projektpartner ebenfalls die Auswirkungen der Änderung der schiffbaulichen Konstruktion auf die Struktur des Schiffes.

Die beiden 10.960 m³ fassenden LNG-Membrantanks befinden sich unterhalb des Deckshauses. Sie versorgen das Schiff mit genug Kraftstoff für eine volle Rundreise Asien-Europa. Durch Einbau der Gas- und Dampfturbinen auf Deckshöhe in demselben Deckshaus erhöht sich die Frachtkapazität verglichen mit einer mit LNG betriebenen konventionellen Motorenanlage. Im vorgestellten Konzept ist ein konventioneller Maschinenraum nicht mehr nötig. Die drei im Heck angeordneten elektrischen Hauptmotoren können völlig unabhängig voneinander betrieben werden. Die Redundanz und die Zuverlässigkeit nehmen zu.

Dank der GuD-Anlage, des sehr sauberen Kraftstoffes und des Elektroantriebs ist das Maschinensystem einfach und robust gestaltet. Das kann auch zu neuen Wartungsstrategien, wie sie in der Luftfahrtindustrie bereits Standard sind, führen. Unter Umständen können mit solch neuen Wartungskonzepten der Personaleinsatz an Bord reduziert und Kosten gesenkt werden.

Die Partner beabsichtigen eine Weiterführung der Studie mit dem Ziel, eine detaillierte Kosten-Nutzenbewertung vornehmen zu können.

DNV GL ist eine weltweit führende Klassifikationsgesellschaft, deren Wurzeln bis ins Jahr 1864 zurückreichen. DNV GL unterstützt Unternehmen dabei, ihre Geschäftsabläufe sicherer und nachhaltiger zu gestalten. Neben Klassifikation, technischen Prüfungen, Software und unabhängiger Beratung für die Schifffahrt, Öl- und Gasindustrie sowie Energiewirtschaft umfasst das Angebot auch Zertifizierungsleistungen für eine Vielzahl von Branchen. Insgesamt beschäftigt DNV GL rund 16.000 Mitarbeiter in mehr als 100 Ländern.

GTT (Gaztransport & Technigaz) ist der Weltmarktführer bei Tieftemperatur-Membranverfahren, wie sie für den Transport und die Lagerung von LNG zum Einsatz kommen. Seit über 50 Jahren bietet GTT Kunden Technologien an, die ihnen die Optimierung von Frachtraum ermöglichen und Bau- wie Betriebskosten von Schiffen oder Tanks reduzieren, die mit diesen Systemen ausgestattet sind. GTT arbeitet in verschiedenen Bereichen: LNGCs (Liquefied Natural Gas Carriers) und VLECs (Very Large Ethane Carriers), Multi-Gas Carrier, FLNGs (Floating Liquefied Natural Gas Units) und FSRUs (Floating Storage and Regasification Units).

CMA CGM ist eine von Jacques R. Saadé gegründet und geleitete weltweit operierende Schifffahrtsgruppe. Die 470 Schiffe des Unternehmens laufen über 400 Häfen auf fünf Kontinenten an. Im Jahr 2014 beförderte CMA CGM 12,2 Millionen TEU. Die Gruppe beschäftigt weltweit 22.000 Mitarbeiter mit Vertretungen in 160 Ländern. In der Firmenzentrale in Marseille arbeiten 2.400 Angestellte. CMA Ships ist ein vollständig im Besitz von CMA CGM befindliches Tochterunternehmen, das sich allen flottenrelevanten Geschäftsabläufen widmet: das Management von Schiffen, die Überwachung von Neubauten, die technische Beratung von CMA CGM und der Betrieb der Fleet Center Navigation der Gruppe.

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