Die International Maritime Organization (IMO) verschärft die Effizienzvorgaben für CO₂-Emissionen bestehender Schiffe, während Pumpen an Bord über Stunden laufen und enorme Energiemengen verbrauchen. Konventionelle Optimierungen reichen dafür nicht mehr aus. Mit dem datenbasierten Pump Energy Saving System des Maschinenbauers und Flow-Management-Spezialisten BESI Marine Systems, eine gemeinsame Entwicklung mit EXOR, gelingt es, Energieverbrauch und Verschleiß zu verringern und gleichzeitig strenge Sicherheits- und Nachhaltigkeitsanforderungen einzuhalten.
Die Herausforderung: Schiffspumpen benötigen zu viel Energie und sind verschleißanfällig
Die Seeschifffahrt hat einen Anteil von knapp drei Prozent an den globalen CO₂-Emissionen. Zum Vergleich: Deutschland hat einen Anteil von etwas mehr als 1,5 Prozent. Das zeigt deutlich, dass die Branche unter einem erheblichen Druck steht, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern. Deshalb hat die International Maritime Organization (IMO) mit dem Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) verbindliche Vorgaben eingeführt. Diese Regelung verpflichtet Reedereien, die CO2-Emissionen jährlich zu reduzieren.
Pumpen als Schlüsselkomponenten im Schiffsbetrieb
Einfache technische Maßnahmen wie optimierte Propeller oder neue Bugformen reichen nicht mehr aus. Deshalb richten die Reedereien ihren Blick auf den technischen Betrieb. So gehören Pumpen zu den zentralen Komponenten, die große Mengen Flüssigkeiten bewegen. Das reicht vom Ballastwasser zur Stabilisierung bis zu Kühlwasser, Kraftstoffen oder Ladungen.
Sie laufen über viele Stunden hinweg und haben zudem erheblichen Verschleiß. Aus ökologischer, aber auch aus ökonomischer Sicht ist eine Senkung des Energieverbrauchs und des mechanischen Abrieb notwendig. Hinzu kommt die Wartung in regelmäßigen Abständen, die unabhängig davon erfolgt, wie stark eine Pumpe tatsächlich beansprucht ist.
Datenzugang als zentrale Hürde
Eine wesentliche Hürde für die Optimierung ist der schlechte Zugang zu den notwendigen Daten. Schiffe werden zwar über Computersysteme gesteuert, doch sie sind wegen hoher Anforderungen an Cybersecurity abgeschottet. Eine wichtige Anforderung: Die Betriebsdaten müssen lokal erfasst und dort sicher verarbeitet werden. Ein weiterer Grund ist die auf hoher See in aller Regel nicht oder (via Satellit) nur schlecht verfügbare Internetverbindung. Diese Rahmenbedingungen erschweren die Umsetzung moderner IoT-Anwendungen erheblich.
Herausforderungen im Überblick
- Hoher Anteil der Schifffahrt an weltweiten CO2-Emissionen
- Klassische Maßnahmen reichen nicht mehr aus
- Datenzugang und Cybersecurity erschweren IoT-Lösungen
- Eingeschränkte Internetverbindungen auf See
Die Lösung: Eine sichere IoT-Anwendung für Schiffe
Datenerfassung und sichere Speicherung
Der Schwerpunkt des Systems liegt auf der Datenerfassung und -verarbeitung. Alle Prozess- und Steuerdaten der Pumpen laufen in der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) zusammen. Über serielle Schnittstellen werden diese Daten an die EXOR-Hardware übertragen und dort gespeichert.
Ein direkter Zugriff von außen ist nicht möglich, da dies den hohen Sicherheitsanforderungen maritimer Systeme widersprechen würde. Stattdessen werden die Daten lokal abgelegt und anschließend von der Schiffsbesatzung manuell über USB-Sticks exportiert.
Dieser Prozess mag heutzutage altmodisch erscheinen, erfüllt jedoch die zentralen Anforderungen an die Manipulationssicherheit und Datensouveränität. So bleiben die Systeme vor Cyberangriffen geschützt, während die notwendigen Betriebsinformationen an Land ausgewertet werden können.
Für interne Auswertungen werden die gespeicherten Logdateien in Excel aufbereitet. Dort lassen sich die Werte in anschauliche Grafiken umwandeln. Für tiefergehende Analysen gibt es spezialisierte Softwarelösungen, wie beispielsweise MATLAB. So können die gewonnenen Daten sowohl zur Dokumentation von Energieeinsparungen als auch zur Modellbildung und Weiterentwicklung der Systeme genutzt werden.
Einsatz von X Platform und JMobile
Die X Platform von EXOR ist eine integrierte Lösung für industrielle Automatisierung mit den folgenden Merkmalen.
- Sie verbindet Hardware, Software und (wenn möglich und erlaubt) Cloud-Zugriff zu einem System, mit dem sich Maschinen und Anlagen steuern lassen.
- Sie ermöglicht sichere Fernzugriffe und Funktionen für Predictive Maintenance, Remote Monitoring, Energiemanagement und Predictive Analytics.
- Sie arbeitet mit Hardware vom Embedded-System bis zum Industrie-PC oder HMI (Human Machine Interface) zusammen.
- Die notwendige Software heißt „JMobile“ und unterstützt die Kommunikation über viele Protokolle und Geräte. Damit werden Daten direkt an der Pumpe gesammelt, grafisch dargestellt und in Berichten zusammengefasst.
Das Ergebnis: Energieeinsparung, Sicherheit und neue Perspektiven
Das Beispiel von BESI und EXOR zeigt, dass sich IoT-basierte Systeme selbst unter den anspruchsvollen Bedingungen der Schifffahrt erfolgreich umsetzen lassen. Mit dem Pump Energy Saving System existiert nun eine Lösung, die Energieeinsparungen ermöglicht und den Verschleiß reduziert. Dadurch sinken die Betriebskosten und die Zuverlässigkeit steigt. Darüber hinaus erfüllt es alle Anforderungen für CO2-Emissionssenkung und Nachhaltigkeit.
Die Lösung bietet zudem neue Möglichkeiten für zukünftige Entwicklungen. Durch den Betrieb der Pumpen mit reduzierten Drehzahlen wird der Verschleiß gesenkt, was eine zustandsbasierte Wartung vereinfacht. Dabei werden Wartungen nicht mehr in festen Zeitintervallen ausgeführt, sondern in Abhängigkeit vom tatsächlichen Zustand der Anlagen. Reedereien erhalten frühzeitig Hinweise auf mögliche Probleme und können die Instandhaltung gezielt planen.
Ergebnisse im Überblick
- Energieeinsparung durch optimierte Pumpensteuerung
- Geringerer Verschleiß und reduzierte Wartungskosten
- Zuverlässiger Schutz vor Cyberangriffen
- Zustandsbasierte Wartung statt starrer Intervalle
