Marie Jonas, Hochschule Bremen
In dieser Bachelorthesis geht es um die Analyse hinsichtlich der energetischen und
technischen Vorteile von Windzusatzantrieben für ein Beispielschiff.
Dazu wird für einen Mehrzweckfrachter untersucht, wie viel Energie dieser auf einer
vorgegebenen Route durch einen und zwei Flettner-Rotoren einspart. Dafür werden
zwei Fahrtbedingungen auf Basis von Wetterdaten ermittelt, welche den Betrieb
im Winter und im Sommer widerspiegeln. Berechnet wird die Gesamtleistung des
Schiffes für verschiedenen Schiffsgeschwindigkeiten mit der von der Hamburgischen
Schiffbau-Versuchsanstalt entwickelten Software „EcoLibrium“. Es zeigt sich, dass der
Mehrzweckfrachter auf der Route mit einem Flettner-Rotor im Winter mindestens
5% spart, wenn die Windgeschwindigkeit 7 m/s und die Schiffsgeschwindigkeit 10 kn
beträgt. Im Juli liegt bei den gleichen Bedingungen die Energieersparnis bei 6 %.
Je langsamer das Schiff fährt, umso mehr Energie spart es. Hat es einen weiteren
Flettner-Rotor an Bord steigt die Energieersparnis um 3% bis 8% bei gleichen Geschwindigkeiten.
Erhöht sich die Windgeschwindigkeit, steigt auch die Energieersparnis
um 5% bis 14% für je drei Beaufort. Dabei ist zu sehen, dass ein zweiter Flettner-Rotor
vor allem bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten den Energieverbrauch stark reduziert.
Anschließend wird ein Blick darauf geworfen, ob Energie eingespart werden
kann, wenn die Abfahrtszeit verschoben wird, um dann einen später stärkeren Wind
zu nutzen. Hierbei kommt das Schiff aufgrund der höheren Fahrtgeschwindigkeit
zum selben Zeitpunkt im Hafen an. Eine Abfahrtszeitverschiebung lohnt sich nur
auf dem Rückweg der Route, da dort die Windeinfallswinkel für die Nutzung der
Flettner-Rotoren besser sind. Allerdings muss sich der Wind innerhalb von vier
bis sieben Stunden um mindestens drei bis sechs Beaufort, je nach Anfangswindgeschwindigkeit,
erhöhen. Dies ist in Wirklichkeit nicht realistisch, aber es legt dar,
dass bei stärkerem Wind schneller gefahren werden kann und die gleiche Energieersparnis
erlangt werden kann wie bei der langsameren Schiffs- und Windgeschwindigkeit.
Zum Abschluss wird untersucht, welcher Windzusatzantrieb sich energietechnisch
für die Windbedingungen auf der Route am besten eignet. Verschiedene Windzusatzantriebe
wie Flettner-Rotor, Rahsegel und „Turbosegel“ wurden verglichen. Als bestgeeigneten
Windzusatzantriebs ergab sich das „Turbo-Segel“, da es weniger Energie
benötigt, um die gleiche Vortriebskraft zu generieren wie ein Flettner-Rotor und besser
den häufig vorkommenden seitlichen Wind nutzen kann.