Projektbeispiel: Schiffsdiesel Abwärmenutzung mit Dampfturbine

Abwärmenutzung mit Dampfturbinen: 2-Takt-Schiffsdieselmotoren

Bei der Effizienzsteigerung von Schiffsanwendungen spielt die Abwärmenutzung eine wichtige Rolle. Durch Technologien wie Nutzturbine und Dampfkraftprozess kann die Abwärme von Motorprozessen in zusätzliche mechanische Leistung für den Hauptantrieb oder alternativ in elektrische Energie für das Bordnetz umgewandelt werden.

Ausgangslage

Die Grafik zeigt die Nutzturbine, die mit dem Dampfkraftprozess kombiniert wird. Dieser Prozess wird durch die Abwärme des Abgases sowie des Ladeluft- und Motorkühlers angetrieben.

Zwei-Takt-Schiffsdieselmotoren zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade aus. Fast die Hälfte der freigesetzten thermischen Leistung lässt sich in Antriebsleistung umwandeln. Die restliche Energie geht grösstenteils ungenutzt als Abwärme an die Umgebung verloren - in Form von Abgas, durch die Ladeluft-, Motor- und Schmierölkühlung sowie durch Strahlung.

Das muss nicht sein! Die Abwärme fällt auf einem Temperaturniveau an, die eine Dampfturbinennutzung ermöglicht. Bis zu welchem Betriebspunkt des Motors dies technisch realisierbar ist, wurde mit Hilfe von Teillastsimulationen untersucht.

Umsetzung und Ergebnis

Kreisgrafik zur Energieaufteilung: 49% benötigt der Antrieb, 26% das Abgas, 14% die Ladeluftkühlung, 6% die Motorkühlung, 4% die Schmierölkühlung

Mit der Abwärme lassen sich durch ein einfaches Dampfturbinensystem rund fünf Prozent der Motorenleistung als zusätzliche Antriebsleistung nutzen. Dieses System läuft ab einer Motorenleistung von 40 Prozent.

Durch ein komplexeres System kann die Leistung um 25 Prozent gesteigert werden. Wegen unteren Begrenzungen der Boiler-Eintritts-Temperaturen läuft dieses aber erst ab einer Motorenlast von 60 Prozent.