Die Motoren von Binnenschiffen gelten allgemein als ineffizient und dreckig - ihr Schadstoffausstoß gilt immer noch als zu hoch. Aber ist diese pauschale Aussage richtig? Die Ladungsmenge auf einem einzelnen Binnenschiff übertrifft diejenige von LKW und Bahn um ein Vielfaches, wodurch der Transport im Allgemeinen sehr effizient ist. Trotzdem ist der Schadstoffausstoß verhältnismäßig hoch, weshalb die Europäische Union die Grenzwerte für ausgestoßene Schadstoffe auch für die Binnenschifffahrt verschärfen wird.
Im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON2020 beteiligt sich die BAW am Vorhaben PROMINENT (promoting innovation in the inland waterways transport sector; http://www.prominent-iwt.eu/). Das Vorhaben hat zum Ziel, den Treibstoffbedarf und die Luftschadstoffemissionen der Binnenschiffe durch technische Maßnahmen und energieeffiziente Navigation zu reduzieren. Mit der Entwicklung eines Assistenzsystems erhält ein Schiffsführer Hinweise, wie er seinen Zielhafen treibstoffsparend und termingerecht erreichen kann. Dafür werden neben Motor- und Verbrauchsdaten von Schiffen auch Informationen zur Wassertiefe, Strömungsgeschwindigkeit und Wasserspiegellage für den zu befahrenden Flussabschnitt benötigt. Da präzise Peildaten und mehrdimensionale numerische Modelle nicht flächendeckend für alle Wasserstraßen innerhalb der EU verfügbar sind, rüstet die BAW Binnenschiffe mit Messgeräten zur Erfassung von Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten aus. Dabei werden gleichermaßen die Machbarkeit und der Aufwand für die Installation und den Betrieb der Sensorik bewertet.
Die Reederei Deymann Management GmbH und Co. KG mit Sitz in Haren (Ems) unterstützt das Vorhaben, indem sie die Installation der Sensoren auf dem Großmotorgüterschiff (GMS) MONIKA DEYMANN gestattet. Das Schiff wurde im Juli 2016 in den Dienst gestellt. Die BAW hat in der Bauphase den Einbau und die Verkabelung der geplanten Sensoren mit der Reederei sowie der ausführenden Werft abgestimmt und durchgeführt. Das 135 m lange und 14,2 m breite GMS verkehrt derzeit im Liniendienst zwischen Antwerpen und Mainz. Es fährt in der Regel mit drei Lagen Containern, woraus ein mittlerer Tiefgang zwischen 1,8 m und 2,5 m resultiert. Für einen Umlauf Antwerpen - Mainz - Antwerpen werden sieben bis acht Tage benötigt, sodass das Schiff den Mittelrhein rund zweimal pro Woche passiert.
Eine besondere Herausforderung ist es, von einem Binnenschiff aus die Strömungsgeschwindigkeiten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen, da die Strömung im nahen Umfeld des Schiffes durch das Rückströmungsfeld gestört wird. Dessen Größe und Ausdehnung hängt insbesondere vom Gewässerquerschnitt und der Schiffsgeschwindigkeit gegenüber Wasser ab. Bei geringen Wassertiefen kann daher die Geschwindigkeit nicht vertikal unter einem Binnenschiff gemessen werden, wie es bei Messschiffen sonst üblich ist. (Text gekürzt)
Kernthema des beantragten Projektes ist die Vermeidung kritischer Anlagenschwingungen und Reduzierung von Verbrennungspulsationen in thermischen Kraftwerken und Großraumwasserkesseln auf Basis einer zu entwickelnden Methodik, welche unter anderem auf Basis der Signale von UV-Flammenwächtern in der Lage ist, kritische Anlagenzustände zu detektieren. Dies soll insbesondere vor dem Hinblick geschehen, dass zukünftig deutlich höhere Mengen Wasserstoff im Erdgas zu erwarten sind, welche einen deutlichen Einfluss auf die Energiefreisetzung und das Pulsationsverhaltens der Flammen sowie die Effizienz von Kesselanlagen haben können. Durch eine optimierte Analyse von Betriebsparametern und zusätzlichen Daten zur Schwingungsmessung sollen zukünftig Pulsationen direkt bei Auftreten erkannt und ausgeregelt werden können, um den Komponentenschutz zu erhöhen, kritische Anlagenzustände zu vermeiden und einen optimierten Betrieb auch unter Erdgas-Wasserstoffmischungen und bei reinen Wasserstoffbrennern zu ermöglichen. Fokus der Arbeitsinhalte von DBI liegt auf der Integration von Flammenwächtern und Betriebsparametern in die zu entwickelnde Messmethodik, die Bewertung der Energiefreisetzung der Flammen und der Erprobung der entwickelten Methodik im Technikum und bei beteiligten Industriepartner. Außerdem obliegt DBI die Koordination aller beteiligter Unternehmen und Partnern und des Gesamt-Projektes.
Im Fokus bisheriger Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung steht die permanente Verbesserung von Prozessketten, Verfahren und Maschinenwirkungsgraden. Da Maschinen und Anlagen unter ständig wechselnden Anforderungen und Randbedingungen betrieben werden, erschließt eine derartige Optimierung im Mittel nur einen Teil des Effizienzpotenzials. Maßnahmen zum energieoptimalen Betrieb und zur Steuerung von Maschinen und Anlagen unter Berücksichtigung der Energieeffizienz und weiterer Zielkriterien in situationsbezogener Gewichtung müssen dies ergänzen. Ziel der beantragten Forschergruppe ECOMATION ist es daher, Methoden zur Energieeinsparung durch Automatisierung für die Fertigungstechnik zu entwickeln. Durch situationsoptimales Ansteuern von Komponenten in maschinennahen Energieregelkreisen wird der Verbrauch der einzelnen Maschine minimiert. In maschinenfernen Energieregelkreisen auf Leitebene werden die Planung optimiert, Verlustherde in Anlagen und Fabriken identifiziert und Verbesserungsmaßnahmen eingeleitet. Als Grundlage für die Maßnahmen zur Effizienzsteigerung werden der von den Komponenten und dem Fertigungsverfahren verursachte Energieverbrauch, die Aufteilung in Nutz- und Verlustanteil und Möglichkeiten zur Beeinflussung des Energieverbrauchs analysiert und in Modelle überführt. Um Messdaten handhabbar und aussagefähig zu machen und Vorhersagen zu ermöglichen, wird eine im Bereich der Fertigungstechnik neuartige Modellierungstechnik entwickelt. Es werden Methoden entwickelt, um Verbrauch und Effizienzressourcen auf Basis der Maschinensignale per Software und unter minimalem Einsatz von Zusatzsensorik zu erfassen. Das Bild zeigt den Informationsfluss in einer Produktion mit ECOMATION in zwei Maschinennahen und zwei Maschinenfernen Energieregelkreisen.