Research focus

At the Department of Marine Engineering we aim to improve the closed system "ship". Our focus is the whole power train with all of its compontents, including main engine, auxiliary engines, winches, pump units and supporting facilities. For our scientific studies we have a one-cylinder middle-speed ship-engine in operation that recently has been fitted for use as Diesel-Gas Engine with liquefied natural gas (LNG) as primary fuel. The system has been constructed by marine standards to simulate an onboard propulsion system.

Our main fields of study are dual-fuel engine operation with LNG as primary fuel, partial load operation, hybrid propulsion systems and auxiliary engine operation


Current projects

FVV Project 1280: Low-Load Operation with Large-Bore Dual Fuel Engines II

Das Kernziel des Vorhabens besteht darin, die Gesamtsystemeffizienz von Schiffen mit Verstellpropeller und mittelschnell laufenden Dual-Fuel-Viertaktmotoren durch Verschiebung des Betriebspunktes im Motorkennfeld signifikant zu erhöhen. Hierzu müssen die realisierbaren Nutzmitteldrücke insbesondere bei geringen Drehzahlen im Gasbetrieb dahingehend gesteigert werden, dass sie mit denen konventioneller Dieselmotoren vergleichbar sind oder diese gar übersteigen. Ein Erreichen dieses Ziels hat zur Folge, dass der Verstellpropeller in einem aus Sicht der Propulsionseffizienz deutlich günstigeren Arbeitspunkt betrieben werden kann, wodurch sich die erforderliche Antriebsleistung erheblich reduziert.
Das Vorhaben trägt somit dazu bei, dass durch die mögliche Absenkung der Antriebsleistung insgesamt weniger Kraftstoff verbraucht wird, was die Emissionen absolut reduziert. Durch die Verwendung von Erdgas als Kraftstoff in Kombination mit einem ottomotorischen Brennverfahren werden zusätzlich die spezifischen Emissionen der direkten Treibhausgase Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie indirekten und zusätzlich gesundheitsschädlichen Treibhausgase wie Stickoxide (NOx) reduziert. Weiterhin lassen sich die Schwefeloxidemissionen (SOx) insbesondere im direkten Vergleich mit schwerölverbrennenden Motoren auch ohne Einsatz einer Abgasnachbehandlug auf nahezu Null reduzieren.
In der Konsequenz können bei Erreichen des Ziels sowohl aktuelle als auch zukünftige Emissionsgrenzwerte der IMO (International Maritime Organization) ohne Abgasnachbehandlung eingehalten werden, was die Konkurrenzfähigkeit der sauberen Dual-Fuel-Technologie erhöht und deren Verbreitung im Markt unterstützt. Neben einem wertvollen Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele des Bundes kann aus einer Verbreitung der Technologie ein erheblicher Vorteil für die deutsche Zulieferindustrie resultieren.
Kontakt: Maximilian Schröder, M.Sc.

Hybride Antriebsanlagen mit Verstellpropellern

Inhalt wird bearbeitet.
Kontakt: Leif Jannsen, M.Sc.

FVV Projekt 1254: Gasmotorenperformance

Getrieben durch die zunehmende Debatte um umweltfreundliche Schiffsantriebe wird zurzeit der Einsatz von Erdgas anstelle des üblichen Schweröls favorisiert. Gasmotoren werden seit langer Zeit erfolgreich in stationären Anlagen zur Stromerzeugung eingesetzt. Der Betrieb auf Schiffen ist verhältnismäßig neu und wesentlich dynamischer. Die Herausforderung hierbei ist es, ein dem Dieselmotor vergleichbares Dynamikverhalten zu erzielen. Begrenzend wirken hier die Klopf- und Aussetzergrenze von Gasmotoren.
In diesem Projekt sollen Maßnahmen untersucht werden, die dazu führen, dass ein dem Dieselmotor gleichwertiges dynamisches Verhalten erreicht wird. Einflussgrößen sind dabei natürlich der die Luftversorgung Motor und seine Regelungsstrategie, aber auch die Laststeuerung durch den Verstellpropellers, sowie eine mögliche elektrische Unterstützung durch die Hilfsmaschinen und/oder eine Batterie. Die zu untersuchenden Lastfälle sollen typische Manöverzustände von Schiffen repräsentieren. Zu unterscheiden sind hier normale Anwendungen (Containerschiffe, Bulker, Tanker,…) sowie hochtransiente Anlagen (Offshore Supplier, Schlepper,…). In diesem Vorhaben soll ein Simulationstool (Fast Running Modell oder Real Time) geschaffen werden, das eine Parameteroptimierung zulässt und grundsätzliche Aussagen zur Anlagenauslegung gestattet.
Kontakt: Leif Jannsen, M.Sc.

Motordynamik durch Abgasturboaufladung

Die Arbeitsgruppe Schiffsmaschinenbau der Technischen Universität Hamburg-Harburg beschäftigt sich im Rahmen eines Forschungsvorhabens mit der ganzheitlichen Simulation von Schiffsmanövern. Während die Hydrodynamik durch unterschiedliche Rechenmethoden des Instituts für Entwerfen von Schiffen und Schiffssicherheit bereits treffend abgebildet wird, ist die Modellgüte im Bereich des Antriebsstranges noch ausbaufähig. Bei der weiteren Entwicklung liegt der Fokus insbesondere auf dem dynamischen Verhalten der Maschinenanlage, welches zum Beispiel in der Manöverfahrt maßgeblich durch das Verhalten des Abgasturboladers geprägt wird. Hierbei ist es besonders wichtig, dass unter Angabe weniger Parameter, welche im Rahmen einer Vorauslegung zur Verfügung stehen, qualitativ gute Ergebnisse in kurzer Zeit erzielt werden können. Mit dieser Zielsetzung wurde bereits eine thermodynamische Modellvorstellung für die Berechnung von einer Radialturbine mit leitschaufellosem Spiralgehäuse umgesetzt, so dass ein zeitdiskretes Berechnungsprogramm zur Verfügung steht, welches einer Plausibilitätsprüfung unterzogen wurde. Der physikalische Modellansatz wird aktuell dahingehend weiterentwickelt, dass zukünftig auch der Verdichter abgebildet werden kann.
Das übergeordnete Ziel ist es, auf Basis der Turboladergeometrie sowie der thermischen Randbedingungen zukünftig alle relevanten Turboladerkenngrößen berechnen zu können und somit eine Vorhersage des Maschinendynamik zu ermöglichen.
Kontakt: Thilo Panten, M.Sc.

Entwicklung alternativer Antriebskonzepte für Schiffe

Die Konzentration auf das Erreichen einer Nenngeschwindigkeit führt bei der Auslegung von Antriebsanlagen auf Schiffen zu einer Überdimensionierung der Maschinenanlage. Gerade vor dem Hintergrund realer Fahrprofile hat dieses etablierte Auslegungskonzept eine Steigerung der der Erst- und Betriebskosten der Schiffe zur Folge. Mit dem Ziel, das Gesamtsystem „Schiff“ effizienter zu machen, entwickelt die Arbeitsgruppe Schiffsmaschinenbau Antriebskonzepte, die basierend auf den realen Fahrprofilen von Schiffen die Potenziale der Antriebsanlage optimal ausnutzen und es somit ermöglichen, das Maß der Überdimensionierung zu reduzieren. Ein Ansatz zur Effizienzsteigerung, der hierbei verfolgt wird, besteht in der Erweiterung des Motorkennfeldes im Teillastbereich. Zu diesem Zwecke werden Beispielrechnungen durchgeführt, die unter anderem von einer Modifikation der Turboladerregelung ausgehen. Darüber hinaus werden Antriebskonzepte entwickelt, die das Ziel verfolgen, elektrischer Maschinen (PTIs/PTOs) umfassender in die Antriebsanlage zu integrieren und somit die Effizienz des Gesamtsystems zu steigern.
Kontakt: Thilo Panten, M.Sc.