Hohe Reserven zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung bei Neubau und Nachrüstung von Schiffen

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FAULHABER Antriebssysteme

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Materialschäden durch Kavitation bergen hohes Ausfallrisiko

Beim Betrieb einer Zentrifugalpumpe oder eines Lüfters kann der Energieverbrauch durch eine kleine Verringerung der Pumpendrehzahl stark reduziert werden. Kavitationen sind ein weiterer wichtiger Punkt bei der Dimensionierung von Pumpen: Wenn die Pumpe zu groß ist, ist die Saugfähigkeit sehr gering und das Risiko von Kavitationen sehr hoch. Kavitationen werden durch Verdampfen der Flüssigkeit verursacht, wenn der statische Druck unter den tatsächlichen Dampfdruck in der Pumpe fällt. Kavitationen in einer Pumpe führen zu schweren Materialschäden. Besonders das Pumpenrad wird häufig stark beschädigt. Dies kann sogar dazu führen, dass die Pumpe nach einigen Monaten ausfällt. Wird ein VSD zum Verringern der Pumpendrehzahl verwendet, verringert sich dieses Risiko drastisch.

Das mit Abstand am häufigsten verwendete Durchflussregelungsprinzip bei Pumpenanwendungen ist die Drosselklappensteuerung mit Bypass-Regelschleifen zum Steuern der Temperatur. Folglich laufen Pumpen kontinuierlich mit 100 Prozent Last, obwohl tatsächlich im Durchschnitt nur 40 Prozent notwendig wären. Es gibt nur wenige Pumpen mit hoher Kapazität und Lüfter, die kontinuierlich bei 100 Prozent betrieben werden müssen und in Bezug auf die Energieeffizienz nicht von einem VSD profitieren.

Drehzahlgeregelte Antriebe machen die Pumpensteuerung flexibel und stoppen die Energieverschwendung

Ein Strömungssystem kann normalerweise durch eine Systemkurve charakterisiert werden. Diese Kurve stellt die Rohrleitungskennlinie des Systems dar, eine Kombination aus der Förderhöhe (statischer Druck) und der Reibung von Rohrleitungen, Krümmungen und Ventilen im System. Es ist sehr schwierig, die Eigenschaften der Systemkurve effizient zu ändern. Die Systemkurve ist vollkommen unabhängig von der Pumpe. Die Pumpenkurve andererseits ist eine grafische Beschreibung des Verhältnisses zwischen Durchfluss und Druck (Pumpenförderhöhe) für eine bestimmte Pumpe. Der Arbeitspunkt einer Pumpe in einem System befindet sich immer am Schnittpunkt zwischen der Pumpenkurve und der Systemkurve.

Auf einem Schiff gibt es mehrere Möglichkeiten, den Arbeitspunkt der Pumpe zu ändern. Steckscheiben, halbgeschlossene Ventile und Umleitungen wurden jahrelang verwendet, sind jedoch sehr ineffizient. Eine effizientere Lösung ist das Verringern des Pumpenraddurchmessers. Diese Lösung steigert jedoch das Risiko von Kavitationen in der Pumpe und es gibt keine Möglichkeit, den Durchfluss oder die Pumpenförderhöhe zu erhöhen, falls dies notwendig sein sollte. Ein an der Pumpe angebrachtes VSD ist die bei weitem effizienteste Methode, den Arbeitspunkt eines Pumpensystems zu ändern und den Energieverbrauch zu verringern. Ein VSD ermöglicht eine weitaus flexiblere Pumpensteuerung und verringert das Risiko von Kavitationen. Geeignete Anwendungen sind etwa Meerwasserpumpen, Hoch- und Niedrigtemperatur-Kühlwasserpumpen, Kesselspeise-, Bilge-, Abwasser- und Frachtpumpen, Maschinenraum- und Frachtraumlüfter, Luftaufbereitungsgeräte wie Klimaanlagen auf Kreuzfahrt- und Passagierschiffen sowie auch Hotel-Nebensystempumpen und -lüfter (hauptsächlich auf Passagierschiffen).

Kleine Verbesserungen mit nicht selten großer Wirkung

Das Nachrüsten von Schiffen mit einem VSD erfordert Kenntnisse des zu ändernden Prozesses und gute Systemkenntnisse von VSDs, Motoren und Pumpen/Lüftern. In einigen Fällen muss der vorhandene Motor durch einen neuen, für die Nutzung mit einem VSD ausgelegten Motor ersetzt werden. Dies ist stark von der Speisespannung und dem Energiebedarf der Pumpe abhängig. Als Faustregel kann gelten, dass fast alle Niederspannungsmotoren gut für die VSD-Verwendung geeignet sind, während andere Motoren von Fall zu Fall auf ihre Eignung geprüft werden sollten. Die Steuerungsmethode des VSD ist abhängig vom vorhandenen Automationssystem. In einigen Fällen kann es sogar von Vorteil sein, ein unabhängiges Leitsystem für die geänderten Prozesse zu installieren.

ABB Marine Service hat weitreichende Erfahrung und Kenntnisse bei der vollständigen Nachrüstung von Energieeffizienzpaketen, die ABB-Produkte und Projektservices sowie alle Aktivitäten vor Ort umfassen. Bei Schiffen, die zwischen 1988 und 2008 gebaut wurden und noch in Betrieb sind, verfügen nur etwa zwei Prozent der Haupt-Meerwasserkühlsysteme über eine VSD-Steuerung. Allein durch Änderung dieser Systeme können beträchtliche Emissionsverringerungen und Kosteneinsparungen erreicht werden. Kleine Änderungen am System haben hier große Auswirkungen auf Emissionsreduzierung und Kraftstoffverbrauch.

Bei Neubauten gleich die energieeffiziente Multidrive-Lösung installieren

Bei Schiffsneubauten empfiehlt es sich, den VSD zusammen mit einem gemeinsamen DC-Bus zu installieren, um Kabelmenge und Platzbedarf zu reduzieren. Diese Multidrive-Lösung bietet alle Vorteile eines einzelnen VSD; doch im Gegensatz zu einem solchen Antrieb (der seinen eigenen Gleichrichter, Zwischenkreis und Wechselrichter benötigt) generiert das Multidrive-System die erforderliche DC-Spannung in einem „zentralen“ Gerät und speist sie in einen gemeinsamen DC-Bus, an den die einzelnen, unabhängig betriebenen Wechselrichter angeschlossen sind. Im Multidrive-System sind alle gewünschten Funktionen eines einzelnen VSD vorhanden. Darüber hinaus müssen die einzelnen Wechselrichter nicht alle über die selbe Nennleistung verfügen. Im Gegenteil: Ein Multidrive-Paket kann aus Antrieben verschiedener Größen bestehen.

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