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I/O-System für die Abgasreinigung auf Schiffen

In vielen Häfen und Küstenzonen gelten enge Emissionsgrenzwerte, die von den allermeisten Schiffen mit herkömmlichen Kraftstoffen nicht eingehalten werden können. Die Reedereien müssen ihre Flotten technisch nachrüsten, um international uneingeschränkt agieren zu können. Die ETB Energietechnik Bremen entwickelt und vertreibt spezielle Abgasnachbehandlungsanlagen, mit denen der Schadstoffausstoß weitgehend reduziert wird. Dabei muss die dort eingesetzte Steuerungs- und Regeltechnik den rauen Bedingungen auf See gerecht werden. Die ETB hat sich deshalb für das WAGO-I/O-SYSTEM entschieden.

In der internationalen Schifffahrt werden überwiegend Treibstoffe eingesetzt, die zu problematischen Emissionen wie hohe Ruß-, Stickstoffoxid- und Schwefeloxidanteile führen. Dadurch wird die Luft vor allem im Küstenraum und in Hafenstädten stärker als zulässig belastet. Hier sind in den vergangenen Jahren zahlreiche Regelungen über Luftemissionen von Schiffen in Kraft getreten, unter anderem zu Schwefeloxiden (SOx), Stickstoffoxiden (NOx), ozonabbauenden Stoffen (darunter FCKW), Verbrennung von Müll und Rückständen an Bord, Energieeffizienz (EEDI) und die Einführung von "Emission Control Areas" (ECA).

Antriebssteuerung – so unterstützt Sie WAGO:

  • Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR ist temperaturbeständig von -40 °C bis +70 °C
  • vibrationsfest bis 5 g
  • spannungsfest gemäß EN 60870-2-1

Neue Obergrenzen

Mit MARPOL, Anlage VI, dem „Internationalen Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe“, gelten weltweit strengere Grenzwerte für Schiffsbrennstoffe. Reedereien werden dazu verpflichtet, ein spezielles Filtersystem einzurichten, um die Rückstände in den Abgasen zu reduzieren. So gilt beispielsweise für die Ost- und Nordsee als ECA-Gebiete seit 2010 der Grenzwert von 1 % Schwefel und ab 01.01.2015 eine Obergrenze von 0,1 % Schwefel im Kraftstoff. Die ETB Energietechnik rüstet sowohl neue als auch alte Schiffe mit Abgasreinigungsanlagen aus, die die Einhaltung dieser Emissionsgrenzwerte sichern. Das Unternehmen hat langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der Energie- und Umwelttechnik und ist unter anderem Spezialist für Dieselpartikelfilter.

Etwa 99 % der Partikel werden ausgefiltert

Für den Neubau einer 105-Meter-Privatjacht liefert ETB die Abgasnachbehandlungsanlage, die durch keramische Filterwaben circa 99 % der Feststoffpartikel aus den Motorabgasen herausfiltert. Die Rückstände sammeln sich in den Filterwaben und werden im laufenden Betrieb bei hohen Temperaturen zu Wasserdampf und Kohlendioxid oxidiert. „Wir erreichen mit unserer Anlage eine extrem hohe Filterwirkung, während Gaswaschsysteme, die sogenannten Scrubber, lediglich rund 50 % der Rußpartikel binden können“, erläutert Michael Bajohr, Technischer Leiter bei ETB. Neben der besseren Reinigungswirkung hebt er auch den geringeren Platz- und Wartungsbedarf seiner Filteranlagen hervor. „Wir verzichten auf bewegte Teile; außerdem muss eine Aschewartung nur etwa alle 2.500 bis 4.000 Betriebsstunden ausgeführt werden. Scrubber sind dagegen deutlich größer, es fällt ständig jede Menge Waschwasser an oder die Anlagen werden nur in den Häfen betrieben. Vor allem im Fahrgastbereich hat sich unsere Technik durchgesetzt.“

Wenig Platz und extreme Bedingungen

Die Reinigungsleistung und der Energieverbrauch der Filteranlagen werden durch eine elektronische Steuerung kontinuierlich geregelt und optimiert. „Die Steuerungskomponenten sind in einem Schaltschrank untergebracht. Dafür haben wir an Bord aber nur wenig Platz und müssen mit den oft extremen Umgebungsbedingungen zurechtkommen. Da viele Schiffseigner eine Klimatisierung des Schaltschranks wegen des anfallenden Kondensats vermeiden möchten, haben wir nach geeigneten elektrischen und elektronischen Komponenten gesucht“, benennt der Technische Leiter bei ETB die technischen Anforderungen.

Robust und für -40 °C bis +70 °C geeignet

Auf Schiffen fordern salzhaltige Luft, hohe Temperaturschwankungen, starke Vibrationen, Schockbelastungen und größere elektrische Spannungsschwankungen im Bordnetz die Ausfallsicherheit elektrischer Ausrüstungen und elektronischer Steuerungen extrem heraus. ETB benötigte deshalb ein sehr robustes und kompaktes I/O-System, das zugleich den durchschnittlichen Umgebungstemperaturen von -5 bis +55 Grad Celsius widersteht und bei Hitze- und Kältespitzen nicht gleich in die Knie geht. Nachdem mehrere Anbieter geprüft wurden, fiel die Entscheidung schließlich auf das WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR. Neben den Schiffszertifizierungen, unter anderem durch den Germanischen Lloyd (GL), gaben die elektromagnetische Verträglichkeit, die Stör- und Ausfallsicherheit sowie die feldbusunabhängigen Schnittstellen den Ausschlag für das Mindener Automatisierungssystem.

Bessere Steuerung und Minimierung des Energiebedarfs

Die Abgasströme aus dem Dieselmotor werden zur besseren Steuerung und Minimierung des Energiebedarfes des Verbrennungsprozesses auf unterschiedliche Stränge aufgeteilt und separat durch die Filteranlage geleitet. Dabei wird die Temperatur jedes Luftstroms je nach Abgasmenge des Motors einzeln reguliert. Sensoren erfassen hierzu kontinuierlich die Motorlast, den Druck und die Temperatur. Für das Management dieser Dateneingänge und die Weiterleitung an die Steuerung setzt ETB einen ETHERNET-Switch (852-111), einen ETHERNET-Feldbuskoppler (750-352/040-000) und entsprechende I/O-Klemmen für analoge und digitale Ein- und Ausgänge ein. Der Feldbuskoppler erstellt aus den physikalischen Ein- und Ausgängen ein digitales Prozessabbild, auf das die übergeordnete Steuerung per MODBUS/TCP zugreifen kann.

Robuste Technik, guter Service

ETB hat für das Projekt der Privatjacht zudem eine neue Software mit zusätzlichen Komfortfunktionen entwickelt, darunter ein Ascheüberwachungsmodell. Der Betreiber der Jacht ist damit bei der Wartung der Filterelemente nicht mehr bloß auf Erfahrungswerte angewiesen, die je nach Schmierölverbrauch, Schmierölsorte und Kraftstoffverschmutzungen mehr oder weniger ungenau sein können. Mit der neuen Software werden die Betriebszustände der Filter jetzt kontinuierlich überwacht und außerdem der Energieverbrauch durch eine verbesserte Steuerung um etwa ein Drittel verringert. „Mit dem WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR haben wir uns für die richtige Technik entschieden, die wir auch bei weiteren Projekten einsetzen wollen“, bestätigt Michael Bajohr die guten Erfahrungen mit WAGO.

Autor: Norman Südekum

Fotos: Martin Ortgies

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