Machbarkeitsstudie Dampfschiff

Transkript

1 Machbarkeitsstudie Dampfschiff für die Schweizerische Schifffahrtsgesellschaft Untersee und Rhein Auftraggeber: Kanton Schaffhausen Koordinationsstelle öffentlicher Verkehr Rosengasse Schaffhausen Kanton Thurgau Abteilung Öffentlicher Verkehr/Tourismus Promenadenstrasse Frauenfeld Schweizerische Schifffahrtsgesellschaft Untersee und Rhein Freier Platz Schaffhausen Verfasser: Matthias Rohner, David Müller, Sabo Raoul Krebs, Christoph Erni, Ruedi Stadelmann Schifffahrtsgesellschaft des Vierwaldstättersees AG Geschäftsbereich SHIPTEC Werftestrasse 5 Postfach 6002 Luzern Version 5, Januar / 2012

2 Inhaltsverzeichnis 1. EINLEITUNG EINSATZKONZEPT ANFORDERUNGEN NACHBAU DS SCHAFFHAUSEN SCHIFFSKONZEPT BAUMATERIALIEN ANTRIEBSKONZEPT UND HILFSANTRIEBE VARIANTE 1 - KLASSISCH VARIANTE 2 KLASSISCH MIT BUGSTRAHLRUDER VARIANTE 3 KLASSISCH MIT PUMPJET VARIANTE 4 DIESELELEKTRISCHER ANTRIEB MIT BUGSTRAHLRUDER VARIANTE 5 DIESELELEKTRISCHER ANTRIEB MIT PUMPJET VARIANTE 6 DIESELHYDRAULISCHER ANTRIEB MIT BUGSTRAHLRUDER VARIANTE 7 DIESELHYDRAULISCHER ANTRIEB MIT PUMPJET ZUSAMMENFASSUNG ANTRIEBSVARIANTEN EMPFEHLUNG ANTRIEBSVARIANTEN MÖGLICHE ENERGIETRÄGER LOGISTIK TREIB-/BRENNSTOFFE SOLARENERGIE WASSERSTOFF TRADITIONELL HEIZÖL EL (DIESEL) FLÜSSIGE BIOGENE BRENNSTOFFE GASFÖRMIGE BRENNSTOFFE FESTE BIOGENE BRENNSTOFFE (HOLZPELLETS) November 2011 SHIPTEC - 1 -

3 VERGLEICH DER KOSTEN FÜR DIE ENERGIETRÄGER NUTZWERTANALYSE ENERGIE/DAMPFERZEUGUNG RUDERANLAGE STROMERZEUGUNG VARIANTE 1: HAUPTANTRIEB DURCH DAMPFMASCHINE, BRENNSTOFF HEIZÖL/DIESEL VARIANTE 2: HAUPTANTRIEB DURCH DAMPFMASCHINE, BRENNSTOFF ERD-/BIOGAS VARIANTE 3: DIESELELEKTRISCHER ANTRIEB, BRENNSTOFF HEIZÖL/DIESEL EVALUATION BAUPLATZ GRUNDSÄTZLICHE ANFORDERUNGEN BESTEHENDE WERFT ANDERE BAUPLÄTZE GESTALTUNGS- UND LAYOUT-KONZEPT VORDECK UND STEUERHAUS MITTELDECK SALON OBERDECK UND BACKDECK SALON UNTERDECK UND TOILETTEN TECHNIKRÄUME KOSTENSCHÄTZUNG (IM VERGLEICH ZU MOTORSCHIFF) TERMINE/BAUZEITEN ZUSAMMENFASSUNG (VORSCHLAG TECHNISCH MÖGLICHES DS) MACHBARKEIT UND VERGLEICH ZU MOTORSCHIFF GESETZLICHE GRUNDLAGEN SCHIFFBAU ANTRIEBSSYSTEM UND ENERGIEAUFBEREITUNG AN BORD TREIBSTOFFE November 2011 SHIPTEC - 2 -

4 9.6. KOSTEN UND TERMINE BUSINESSPLAN VARIANTENVERGLEICH ANHANG MITGELIEFERTE DOKUMENTE ABBILDUNGSVERZEICHNIS QUELLENVERZEICHNIS November 2011 SHIPTEC - 3 -

5 1. Einleitung Ziel dieser Studie ist, die Machbarkeit eines neuen Dampfschiffes für den Einsatz auf dem Untersee und Rhein zu evaluieren. Dabei handelt es sich um die technische Machbarkeit und deren Einfluss auf die allfälligen Kosten des Schiffes. Um die Wirtschaftlichkeit des Projektes abschliessend beurteilen zu können, muss vom Betreiber noch eine Abschätzung zur Ertragsseite gemacht werden. Damit kann dann beurteilt werden, ob der allfällig anfallende Mehraufwand gedeckt werden kann. Dies ist nicht Gegenstand der vorliegenden Untersuchung. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Evaluation verschiedener Antriebskonzepte sowie unterschiedlicher Energieträger gelegt. Dies, weil diese zwei Komponenten den grössten Teil der Betriebskosten verursachen. 2. Einsatzkonzept Das Dampfschiff soll im Konzessionsgebiet der Schweizerischen Schifffahrtsgesellschaft Untersee und Rhein (URh) zwischen Schaffhausen und Kreuzlingen als Kursschiff eingesetzt werden. Auf dem Rhein ist in diesem Streckenabschnitt mit Fliessgeschwindigkeiten bis zu 9km/h zu rechnen. Die Fahrgeschwindigkeit bergauf soll auf 10km/h begrenzt sein. Da das Dampfschiff gemäss aktueller Flottenstrategie der URh bis im Jahr 2020 ein bestehendes Motorschiff (MS Stein am Rhein) ersetzen würde, sollte das potentielle Dampfschiff für die gleichen Einsatzmöglichkeiten zur Verfügung stehen wie ein neues, in der Flottenstrategie geplantes Motorschiff. 3. Anforderungen Folgende Anforderungen wurden in der Anfangsphase in Zusammenarbeit mit der URh festgelegt: Die maximalen Abmessungen des Dampfschiffs werden durch die Werft der URh in Feuerthalen, die Rheinbrücke in Diessenhofen sowie die Limitationen durch die Fahrrinne vorgegeben. Folgende Masse dürfen darum nicht überschritten werden: o Länge Schiffskörper < 51,0m o Breite über Alles < 9,4m o Tiefgang beladen < 1,2m o Fixpunkthöhe (Leerschiff ab CWL) < 3,7m o Einstiegshöhe ca. 1,3m (über Wasserlinie) 18. November 2011 SHIPTEC - 4 -

6 Aus betrieblicher Sicht sollen zusätzlich folgende Anforderungen erfüllt werden: o Geschwindigkeit max. 25,0km/h (im stehendem Gewässer) o Geschwindigkeit im Rhein 10,0km/h (Bergauf) o Passagierkapazität min. 400PAX o Gastronomieplätze 120 o Fahrräder Kapazität 50 o Reichweite 100km o Strombedarf ca. 80kW (für ganzes Schiff ausser Antrieb) o Heizung / Lüftung für Saison Mar - Okt o Küche analog bestehender MS der Gesellschaft URh o Vordere und hintere Ausladung o Poller bei Ausladungen auf Arbeitshöhe Speziell zu beachten sind die geringe Wassertiefe auf dem Rhein sowie eine explizit gewünschte hohe Ladekapazität für Fahrräder Nachbau DS Schaffhausen Als mögliche Variante soll im Rahmen dieser Studie ein Nachbau des historischen DS Schaffhausen ( ) geprüft werden. Abbildung 1: Ansicht DS Schaffhausen Stadtarchiv Schaffhausen Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass das DS Schaffhausen im Originalzustand als Glattdecker ausgeführt war. Dies bedeutet, dass ausser den Radkästen keine weiteren Aufbauten vorhanden waren. Als Witterungsschutz auf dem Hauptdeck diente lediglich ein ca. 10m langes Zelt im Heckbereich. Die maximal 400 Passagiere hatten zudem die Möglichkeit, sich in den beiden Salons im Bug und Heck des Rumpfes aufzuhalten. Der Steuerstand befand sich im Heck, direkt über dem Ruder, und das 18. November 2011 SHIPTEC - 5 -

7 Schiff wurde mit sieben Mann Besatzung gefahren. Die folgende Liste zeigt die wichtigsten Abmessungen des historischen DS Schaffhausen: Ersteller: Sulzer Winterthur Länge über Alles: 46,30 m Länge Wasserlinie: 44,50 m Breite über Alles: 9,30 m Breite Wasserlinie: 5,20 m Tiefgang beladen: 1,16 m Verdrängung beladen: 167,50 t Geschwindigkeit leer: 25 km/h Passagiere: 400 Ein Dampfschiffneubau muss gemäss den aktuell geltenden Gesetzen geplant und gebaut werden. Dies sind insbesondere: - das Bundesgesetz über die Binnenschifffahrt (BSG) - die Verordnung über die Schifffahrt auf schweizerischen Gewässern (BSV) - die Verordnung über Bau und Betrieb von Schiffen und Anlagen öffentliche Schifffahrtsunternehmen (SBV) - die Ausführungsbestimmungen zur Schiffbauverordnung (AB-SBV) Die heutigen Anforderungen (z.b. an Stabilität, Brandschutz, usw.) sind dabei wesentlich strenger als diejenigen im Jahre 1913, dem Baujahr des DS Schaffhausen. Dies verhindert heute die Möglichkeit, einen originalgetreuen, professionell einsetzbaren Nachbau zu erstellen. Hinzu kommen die betrieblichen Anforderungen der URh, mit einem Minimum von 120 Gastronomieplätzen. Diese Anforderung kann ein DS Schaffhausen nicht erfüllen. Das originale DS Schaffhausen hatte in den beiden Salons unter Deck zusammen lediglich 36 Sitzplätze an Tischen. Im Einsatzgebiet der Schifffahrtsgesellschaft URh, welches durch die Schönheit der Natur beeindruckt, wäre es im Weiteren unglücklich, Gastronomieplätze unter Deck mit einer sehr beschränkten Aussicht zu positionieren. 18. November 2011 SHIPTEC - 6 -

8 4. Schiffskonzept 4.1. Baumaterialien Für den Neubau eines Schiffes stehen verschiedene Werkstoffe oder Baumaterialien zu Verfügung. Für deren Bewertung wird das Schiff in drei Teile gegliedert: Rumpf, Aufbauten und Innenausbau. 1. Der Rumpf beinhaltet die gesamte Struktur sowie die Aussenhaut vom Kiel bis auf Höhe Hauptdeck inkl. Schanzkleid, Reling und Deck. 2. Die Aufbauten bestehen aus allen Bauelementen, die sich über dem Hauptdeck befinden wie Steuerhaus, Radkästen, Deckhäuser und Überdachungen. 3. Der Innenausbau umfasst alle Elemente im Innenbereich wie zum Beispiel Wandverkleidungen, Toiletten, Küche, Beleuchtung. Die folgende Tabelle zeigt die denkbaren Baumaterialien für Rumpf und Aufbauten mit den entsprechenden Vor- und Nachteilen: Material Vorteile Nachteile Stahl - Tiefe Materialkosten (verschweisst) - Einfach zu reparieren - Hoher Brandschutz Aluminium - Geringes Gewicht (ca. 30% (verschweisst) leichter als Stahl) - Schlechte Wärmedämmung Faserverbund - Geringes Gewicht (ca. 40% leichter als Stahl) - Keine Korrosion - Sehr gute Schallabsorption - Schlagzäh - Gute Wärmedämmung - Hohes Gewicht - Benötigt Korrosionsschutz - Aufwändiger und daher teurer zu verarbeiten - Benötigt kathodischen Schutz - Ca. 170% des Stahlpreises - Ca. 200% des Stahlpreises - Die vorhandene Werft ist für die Produktion und Reparatur nicht geeignet, internes Fachpersonal ist nicht vorhanden - Die Brandschutzfrage ist ungelöst - Eine Qualitätskontrolle ist schwieriger als bei metallischen Baustoffen 18. November 2011 SHIPTEC - 7 -

9 Aus Erfahrung mit ähnlichen Dampfschiffen ist bekannt, dass bestmöglich Rumpfformen mit hohen Längen/Breitenverhältnissen gewählt werden müssen, da wegen der begrenzten Maschinenleistung der Widerstand des Rumpfes optimiert werden muss. Zusätzlich befinden sich an der Seite des Rumpfes die beiden Schaufelräder, was zu einer weiteren Reduzierung der Rumpfbreite führt. Aus diesen Gründen ist die Schiffsstabilität oft problematisch. Ein tiefer Schwerpunkt des Schiffes ist deshalb anzustreben. Ausschliesslich leichte Materialien in Aufbaubereichen und Innenausbau zu verwenden bedeutet dagegen höhere Kosten und oft komplexere Bauverfahren. Eine bezüglich Kosten und technischer Machbarkeit ideale Materialkonfiguration für einen Neubau ist es, für den Rumpf Stahl und für die Aufbauten Aluminium zu verwenden. Zusätzlich kann u.a. im Innenausbau örtlich Faserverbund eingesetzt werden. Insbesondere auch die Dächer sollten nicht aus metallischen Materialien, sondern aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt werden, da diese neben dem Gewichtsvorteil eine gute thermische Isolation bieten. Diese Isolation kann in einem Faserverbunddach direkt in eine Sandwich-Konstruktion eingebaut werden, wodurch eine zusätzliche Gewichtsersparnis erreicht wird. Im Innenausbau ist die Materialwahl grundsätzlich auch den Kundenwünschen anzupassen, wobei auch hier die Gewichtskomponente überprüft werden muss Antriebskonzept und Hilfsantriebe Für diese Machbarkeitsstudie wurden sieben Antriebskonzeptenvarianten analysiert und anschliessend bewertet: Variante 1: Klassisch Energieerzeugung: Antrieb: Propulsionsorgan: Hilfsantrieb: Dampfkessel, befeuert mit Heizöl leicht oder Diesel Dampfmaschine Schaufelrad keiner Variante 2: Klassisch + Bugstrahlruder Energieerzeuger: Antrieb: Propulsionsorgan: Hilfsantrieb: Dampfkessel, befeuert mit Heizöl leicht oder Diesel Dampfmaschine Schaufelrad Bugstrahlruder (evtl. auch Heckstrahlruder) 18. November 2011 SHIPTEC - 8 -

10 Variante 3: Klassisch + Pumpjet Energieerzeuger: Antrieb: Propulsionsorgan: Hilfsantrieb: Dampfkessel, befeuert mit Heizöl leicht oder Diesel Dampfmaschine Schaufelrad und Pumpjet Pumpjet im Bug (evtl. auch im Heck) Variante 4: Dieselelektrisch + Bugstrahlruder Energieerzeuger: Antrieb: Propulsionsorgan: Hilfsantrieb: Dieselgenerator 2 Elektrotorquemotoren (1 Motor per Schaufelrad) Schaufelrad Bugstrahlruder (evtl. auch Heckstrahlruder) Variante 5: Dieselelektrisch + Pumpjet Energieerzeuger: Antrieb: Propulsionsorgan: Hilfsantrieb: Dieselgenerator 2 Elektrotorquemotoren (1 Motor per Schaufelrad) Schaufelrad und Pumpjet Pumpjet im Bug (evtl. auch im Heck) Variante 6: Dieselhydraulisch + Bugstrahlruder Energieerzeuger: Dieselgenerator / HydraulikaggregatAntrieb: 2 Hydraulikmotoren (1 Motor per Schaufelrad) Propulsionsorgan: Hilfsantrieb: Schaufelrad Bugstrahlruder (evtl. auch Heckstrahlruder) Variante 7: Dieselhydraulisch + Pumpjet Energieerzeuger: Dieselgenerator / HydraulikaggregatAntrieb: 2 x Hydraulikmotoren (1 Motor per Schaufelrad) Propulsionsorgan: Hilfsantrieb: Schaufelrad und Pumpjet Pumpjet im Bug (evtl. auch im Heck) 18. November 2011 SHIPTEC - 9 -

11 Um die Treibstoffkosten zwischen den einzelnen Varianten vergleichen zu können, wird als Basis von folgendem (hypothetischen) Einsatz des zukünftigen Dampfschiffs ausgegangen: Betriebstage im Jahr km / Tag, also km jährlich - Heizölpreis im Jahr 2020: 2.1 CHF/l (im Oktober CHF/l) - Dieselpreis im Jahr 2020: 2.6 CHF/ l (im Oktober CHF/l) Es wird damit gerechnet, dass die bestehende Regelung zur Verwendung von Heizöl auf Dampfschiffen bestehen bleibt. Sollte dies nicht der Fall sein, müssten die zusätzlichen Steuerabgaben für Diesel dazugerechnet werden. Bei allen Antriebsvarianten mit Dampfantrieb wird davon ausgegangen, dass eine Occasion- Dampfmaschine erworben und revidiert werden kann. Sollte keine passende Occasionsmaschine auf dem Markt gefunden werden, muss mit zusätzlichen Investitionskosten von ca CHF für einen Maschinen-Neubau gerechnet werden Variante 1 - Klassisch Die Dampferzeugung für den Hauptantrieb erfolgt über einen modernen automatisierten Dampfkessel. Der auf die notwendige Temperatur gebrachte Dampf wird mit einem spezifischen Druck in die Dampfmaschine geleitet, welche anschliessend die im Dampf enthaltene Energie in mechanische Arbeit umwandelt und über die Kurbelwelle an die Schaufelräder weitergibt, welche so das Schiff vorantreiben. Beide Schaufelräder sind in dieser Variante mit einer starren Kurbelwelle verbunden, sodass beide Schaufeln immer die gleichen Bewegungen ausführen und so auch die gleiche Vortriebskraft erzeugen. Die Fahrgäste haben die Möglichkeit, die Maschine während dem Betrieb über eine Luke im Mitteldeck zu betrachten. Vorteile: - Dieses Antriebskonzept kommt dem Original DS Schaffhausen am nächsten - Der Anblick der Dampfmaschine weckt Emotionen und kann touristisch genutzt werden 18. November 2011 SHIPTEC

12 Nachteile: - Hohe Anschaffungskosten (Dampfkessel, Dampfmaschine, etc.) - Hohe Betriebskosten - Hohe jährliche Wartungskosten - Die Originalmaschine ist nicht mehr vorhanden und eine passende Ersatzmaschine muss erst gefunden werden - Schlechte Manövrierfähigkeit - Keine Redundanz im Antriebssystem Beispiele: - DS Stadt Luzern (sowie die vier anderen DS auf dem Vierwaldstättersee) [SGV] - DS Neuchâtel (mit revidierter Occasions-Maschine; in Revision bis 2013) [Trivapor] Für diese Variante werden folgende Kosten geschätzt: Anschaffungskosten: - Dampfkessel ca CHF - Dampfmaschine (Schätzung Occasion) ca CHF - Leitungen, Zwischenwellen, etc. ca CHF Total ca CHF Instandhaltungskosten: Die jährlichen Instandhaltungskosten belaufen sich auf schätzungsweise CHF, davon entfallen ca CHF auf den Dampfkessel, ca CHF auf die Dampfmaschine und CHF auf die Schaufelräder. Treibstoffkosten: Ein modernes, optimiertes Dampfschiff, jedoch mit konventionellem Antrieb über Dampfkessel und Dampfmaschine, benötigt für den Vortrieb mindestens 12 l Diesel pro Kilometer (die Kosten für den Betrieb des elektrischen Bordnetzes sind dabei nicht eingeschlossen und werden im Kapitel 4.5 behandelt). Mit den unter 4.2 getroffenen Annahmen für Kostenschätzungen ergeben sich für diese 18. November 2011 SHIPTEC

13 Variante Treibstoffkosten pro Jahr von ca CHF. Darin nicht enthalten sind zusätzliche Kosten für Schmiermittel, da diese vom Maschinentyp abhängig sind Variante 2 Klassisch mit Bugstrahlruder Gegenüber der Variante 1 wird das Dampfschiff in dieser Variante zusätzlich mit einem Bugstrahlruder ausgestattet. Falls notwendig, kann zusätzlich auch noch ein Heckstrahlruder eingebaut werden. Das Bugstrahlruder wird elektrisch betrieben, somit steigt der Energiebedarf welcher durch den Generator gedeckt werden muss. Im speziellen die Strombelastungsspitzen während dem Betrieb der Querstrahlruder können als problematisch betrachtet werden. Vorteile: - Das Antriebskonzept ist dem Original DS Schaffhausen nahe - Die Dampfmaschine kann wie bei Variante 1 für den Schiffspassagier sichtbar gemacht werden - Verbesserte Manövrierfähigkeit durch Bug- und eventuell Heckstrahlruder Nachteile: - Hohe Anschaffungskosten (Dampfkessel, Dampfmaschine, Bugstrahlruder, etc.) - Hohe Betriebskosten - Hohe wiederkehrende Wartungskosten - Die Originalmaschine ist nicht mehr vorhanden und eine passende Ersatzmaschine muss erst gefunden werden - Keine Redundanz im Antriebssystem - Höherer Energiebedarf, der Spitzenstromverbrauch kann problematisch sein Beispiele: - DS Hohentwiel [Hohentwiel Schifffahrtsgesellschaft] - DS Savoie [CGN] 18. November 2011 SHIPTEC

14 Für diese Variante werden folgende Kosten geschätzt: Anschaffungskosten: - Dampfkessel ca CHF - Dampfmaschine (Occasion) ca CHF - Leitungen, Zwischenwellen, etc. ca CHF - Bugstrahlruder ca CHF Total ca CHF Instandhaltungskosten: Die jährlichen Instandhaltungskosten belaufen sich auf schätzungsweise ca CHF, zusätzlich zu den im vorherigen Kapitel genannten Kosten kommen ca CHF für das Bugstrahlruder und weitere ca CHF für ein allfälliges Heckstrahlruder hinzu. Treibstoffkosten: Die Treibstoffkosten können als gleich hoch wie bei der Variante 1 (Kapitel 4.2.1) betrachtet werden Variante 3 Klassisch mit Pumpjet Ein Pumpjet (z.b. Typ: SPJ von Schottel, Spay, D) ist ein im Schiffsboden, ohne vorstehende Teile eingebautes tellerförmiges Antriebssystem, welches durch einen gerichteten Wasserstrahl Vortrieb erzeugt. Dieser Teller kann beliebig um die eigene Achse gedreht werden. So wird Schub in jede gewünschte Richtung erzeugt, wodurch das Schiff auch gesteuert werden kann. Das Ziel beim Einbau eines Pumpjets ist allerdings nicht nur die Manövrierfähigkeit zu erhöhen, sondern auch um Vortrieb zur Unterstützung der Dampfmaschine zu erzeugen. Dadurch kann wesentlich Diesel oder Heizöl eingespart werden, da der Pumpjet effizienter arbeitet als eine Dampfmaschine. Für die erforderliche Antriebsleistung dieser Variante wurde angenommen, dass 50% des Vortriebs von der Dampfmaschine und 50% des Vortriebs vom Pumpjet generiert werden. 18. November 2011 SHIPTEC

15 Vorteile: - Hybridkonzept mit dem Original DS Schaffhausen nachempfundenem Dampfantrieb - Die Dampfmaschine kann wie bei Variante 1 sichtbar gemacht werden - Sehr gute Manövrierfähigkeit durch den Pumpjet - Redundanz im Antriebssystem - Ausgeglichener Energiehaushalt, (keine Leistungsspitzen wie bei Variante 2) - Verbesserte Energieeffizienz Nachteile: - Hohe Anschaffungskosten (Dampfkessel, Dampfmaschine, Pumpjet, etc.) - Mittlere Betriebskosten - Hohe jährliche Wartungskosten - Die Originalmaschine ist nicht mehr vorhanden und eine passende Ersatzmaschine muss erst gefunden werden Beispiele: - Es sind zurzeit keine Beispielschiffe mit diesem Antriebskonzept bekannt. DS Göthe [KD] hatte bis 2009 einen Dampfantrieb kombiniert mit zwei Voith-Schneider-Antrieben. Diese haben einen vergleichbaren Nutzen wie ein Pumpjet. Für diese Variante werden folgende Kosten geschätzt: Anschaffungskosten: - Dampfkessel ca CHF - Dampfmaschine (Occasion) ca CHF - Leitungen, Zwischenwellen, etc. ca CHF - Pumpjet (z.b. Schottel) inkl. Steuerung ca CHF Total ca CHF 18. November 2011 SHIPTEC

16 Instandhaltungskosten: Die jährlichen Instandhaltungskosten belaufen sich auf schätzungsweise CHF; zusätzlich zu den im vorherigen Kapitel genannten Kosten, kommen ca CHF für die Wartung des Pumpjets hinzu. Treibstoffkosten: Ein Dampfschiff mit der Unterstützung durch einen Pumpjet benötigt (rechnerische Ermittlung) für den Vortrieb mindestens 8 l Diesel pro Kilometer (exklusive der Leistung für das Bordnetz, diese Kosten werden im Kapitel 4.5 behandelt). Mit den unter 4.2 getroffenen Basisannahmen betragen somit die Treibstoffkosten bei dieser Variante pro Jahr ca CHF Variante 4 Dieselelektrischer Antrieb mit Bugstrahlruder Obwohl das DS URh voraussichtlich über Schaufelräder angetrieben würde, käme die dazu benötigte Antriebsenergie in dieser Variante nicht von einem Dampfkessel und einer Dampfmaschine, sondern von einem Dieselgenerator, welcher zwei elektrische Torquemotoren mit Energie versorgen würde. Jeder einzelne Motor ist direkt mit seinem Schaufelrad verbunden. Die beiden Räder wären somit separat ansteuerbar. Der zusätzliche Bugstrahler erhöht zudem die Manövrierfähigkeit. Der grosse Vorteil dieser Antriebsvariante liegt in der Effizienz. Eine begrenzte Redundanz (Teilredundanz) dieses Antriebssystems könnte durch den Einbau von zwei unabhängigen Dieselgeneratoren erreicht werden. Vorteile: - Effizienz - Verbesserte Manövrierfähigkeit durch unabhängige Schaufelräder und Bugstrahlruder; - Redundanz im Antriebssystem (durch die beiden Schaufelräder) - Niedrige Anschaffungskosten - Niedrige Betriebskosten - Niedrige Wartungskosten - Sehr geringe Lärmemissionen 18. November 2011 SHIPTEC

17 Nachteile: - Keine Dampfmaschine sichtbar - Das neue Schiff wäre bezüglich Antrieb kein Dampfschiff - Stromspitzen bei Gebrauch des Bugstrahlruders (diese fallen aber weniger ins Gewicht, da der Grundstromverbrauch (für die Elektrotorquemotoren) höher ist als beim Betrieb mit einer konventionellen Dampfmaschine) Beispiele: - DS Vevey [CGN] - DS Hélvetie [CGN] Für diese Variante werden folgende Kosten geschätzt: Anschaffungskosten: - 2 x Dieselgenerator ca CHF - 2 x Torquemotoren ca CHF - Kabel, etc. ca CHF - Bugstrahlruder ca CHF Total ca CHF Instandhaltungskosten: Die jährlichen Instandhaltungskosten bei einem dieselelektrischen Antrieb belaufen sich schätzungsweise auf CHF, davon fallen je ca CHF auf die beiden Generatoren, je ca CHF auf die beiden Elektrotorquemotoren und das Bugstrahlruder. Treibstoffkosten: Durch den dieselelektrischen Antrieb benötigt das Schiff für den Vortrieb mindestens 5 l Diesel pro Kilometer (exklusive der Leistung für das Bordnetz, diese Kosten werden im Kapitel 4.5 behandelt). Mit den unter 4.2 getroffenen Annahmen betragen bei dieser Variante die Treibstoffkosten pro Jahr ca CHF. 18. November 2011 SHIPTEC

18 Variante 5 Dieselelektrischer Antrieb mit Pumpjet Dieses Antriebssystem ist eine Mischung aus der Variante 3 und der Variante 4. Bei dieser Variante ist zu beachten, dass der Pumpjet, welcher den Vortrieb unterstützen könnte, einen geringeren Wirkungsgrad hat als die Elektrotorquemotoren mit Schaufelrädern. Vorteile: - Gute Manövrierfähigkeit durch von Pumpjet unabhängigen Schaufelrädern - Redundanz im Antriebssystem - Keine Leistungsspitzen Nachteile: - Keine Dampfmaschine sichtbar - Das neue Schiff wäre kein Dampfschiff - Weniger Effizient als Variante 4 - Höhere Anschaffungskosten als Variante 4 - Höhere Wartungskosten als Variante 4 Beispiele: - Es sind zurzeit keine Schiffe mit diesem Antriebskonzept bekannt. Jedoch ist die Antriebsvariante 4 (Kapitel 4.2.4) sehr ähnlich. Für diese Variante werden folgende Kosten geschätzt: Anschaffungskosten: - 2 x Dieselgenerator ca CHF - 2 x Torquemotoren ca CHF - Kabel, etc. ca CHF - Pumpjet inkl. Steuerung ca CHF Total ca CHF 18. November 2011 SHIPTEC

19 Instandhaltungskosten: Die jährlichen Instandhaltungskosten bei einem dieselelektrischen Antrieb mit Pumpjet belaufen sich schätzungsweise auf CHF, davon fallen je ca CHF auf die beiden Generatoren, je ca CHF auf die beiden Elektrotorquemotoren und ca CHF auf den Pumpjet. Treibstoffkosten: Bei dieselelektrischem Antrieb mit Pumpjetunterstützung benötigt das Schiff für den Vortrieb mindestens 5.5 l Diesel pro Kilometer (exklusive der Leistung für das Bordnetz, diese Kosten werden im Kapitel 4.5 behandelt). Mit den unter 4.2 getroffenen Annahmen betragen bei dieser Variante die Treibstoffkosten pro Jahr ca CHF Variante 6 Dieselhydraulischer Antrieb mit Bugstrahlruder Dieses Antriebssystem ist im Prinzip ähnlich wie der dieselelektrische Antrieb. Die für den Vortrieb verwendete Energie wird jedoch durch dieselbetriebene Hydraulikaggregate erzeugt, welche durch Hydraulikmotoren in Arbeit umgesetzt wird. Der Hydraulikmotor besitzt einen leicht geringeren Wirkungsgrad als die Elektrotorquemotoren, dafür sind die Investitionskosten geringer und allfällige Beeinträchtigungen durch das Schaufelrad (z.b. wegen einer Grundberührung) können besser aufgefangen werden. Die Schaufelräder wären ebenfalls einzeln ansteuerbar. Vorteile: - Effizienter als die Dampfmaschine, aber leicht weniger effizient als das dieselelektrische System - Verbesserte Manövrierfähigkeit durch das Bugstrahlruder - Redundanz im Antriebssystem (durch die beiden Schaufelräder) - Niedrigste Anschaffungskosten - Niedrige Betriebskosten - mittlere Wartungskosten Nachteile: - Keine Dampfmaschine sichtbar - Das neue Schiff wäre kein Dampfschiff - Zusätzliches System an Bord (Hydraulik) - Elektrische Leistungsspitzen bei Gebrauch des Bugstrahlruders 18. November 2011 SHIPTEC

20 Beispiele: - Es sind zurzeit keine Dampfschiffe mit einem solchen Antriebskonzept bekannt. Für diese Variante werden folgende Kosten geschätzt: Anschaffungskosten: - 2 x dieselbetriebenes Hydraulikaggregat ca CHF - 2 x Hydraulikmotoren ca CHF - Tank, Leitungen, etc. ca CHF - Bugstrahlruder ca CHF Total ca CHF Instandhaltungskosten: Die jährlichen Instandhaltungskosten bei einem dieselhydraulischem Antrieb mit Bugstrahlruder belaufen sich schätzungsweise auf CHF, davon fallen je ca CHF auf die beiden dieselbetriebenen Hydraulikaggregate, je ca CHF auf die beiden Hydraulikmotoren und ca CHF auf den Bugstrahler. Treibstoffkosten: Durch den dieselhydraulischen Antrieb benötigt das Schiff für den Vortrieb schätzungsweise 5.5 l Diesel pro Kilometer (exklusive der Leistung für das Bordnetz, diese Kosten werden im Kapitel 4.5 behandelt). Mit den unter 4.2 getroffenen Annahmen betragen bei dieser Variante die Treibstoffkosten pro Jahr ca CHF Variante 7 Dieselhydraulischer Antrieb mit Pumpjet Bei dieser Variante liegt der Vorteil darin, dass mit nur einem Hydraulikaggregat gefahren werden könnte, weil die Antriebsredundanz durch den Pumpjet gewährleistet ist. 18. November 2011 SHIPTEC

21 Vorteile: - Effizienter als eine Dampfmaschine, aber leicht weniger effizient als ein dieselelektrisches System - Beste Manövrierfähigkeit durch unabhängige Schaufelräder und Pumpjet - Redundanz im Antriebssystem (Hydraulikaggregat und Pumpjet) - Keine Stromspitzen - Niedrige Anschaffungs- und Betriebskosten - mittlere Wartungskosten Nachteile: - Keine Dampfmaschine sichtbar - Das neue Schiff wäre kein Dampfschiff - Zusätzliches System an Bord (Hydraulik) Beispiele: - Es sind zurzeit keine Dampfschiffe mit einem solchen Antriebskonzept bekannt. Anschaffungskosten: - 1 x dieselbetriebenes Hydraulikaggregat ca CHF - 2 x Hydraulikmotoren ca CHF - Tank, Leitungen, etc. ca CHF - Pumpjet inkl. Steuerung ca CHF Total ca CHF Instandhaltungskosten: Die jährlichen Instandhaltungskosten bei einem dieselhydraulischem Antrieb mit Pumpjet belaufen sich schätzungsweise auf CHF, davon entfallen je ca CHF auf die beiden dieselbetriebenen Hydraulikaggregate, je ca CHF auf die beiden Hydraulikmotoren und ca CHF auf den Pumpjet. 18. November 2011 SHIPTEC

22 Treibstoffkosten: Bei dieselhydraulischem Antrieb mit Pumpjetunterstützung benötigt das Schiff für den Vortrieb schätzungsweise 6.0 l Diesel pro Kilometer (exklusive der Leistung für das Bordnetz, diese Kosten werden im Kapitel 4.5 behandelt). Mit den unter 4.2 getroffenen Annahmen betragen die Treibstoffkosten bei dieser Variante pro Jahr ca CHF Zusammenfassung Antriebsvarianten Auf der nachfolgenden Seite sind die verschiedenen Antriebssystemvarianten zusammengefasst. Alle Kosten sind Schätzungen. In der letzten Spalte der Tabelle sind alle geschätzten Kosten (Anschaffung, Unterhalt und Treibstoff) auf die nächsten 20 Jahre aufsummiert. Dabei handelt es sich um eine statische Prognose ohne Rücksicht auf Inflation und die weitere Erhöhung der Energiekosten. 18. November 2011 SHIPTEC

23 Antriebssystem Hilfsantrieb Anschaffungskosten nur Antriebssystem Instandhaltungskosten nur Antriebssystem Treibstoffkosten Summe 1 für Antrieb auf 20 Jahre inkl. Anschaffungskosten [CHF] [CHF / Jahr] [CHF / Jahr] [CHF] 1 Klassisch Dampf ohne ca ca ca ca Klassisch Dampf Bugstrahler ca ca ca ca Klassisch Dampf Pumpjet ca ca ca * ca Dieselelektrisch Bugstrahler ca ca ca ** ca Dieselelektrisch Pumpjet ca ca ca ** ca Dieselhydraulisch Bugstrahler ca ca ca ** ca Dieselhydraulisch Pumpjet ca ca ca ** ca *Mit Heizöl für Dampferzeugung und Diesel für Pumpjet gerechnet. **Mit Heizöl gerechnet Sollte keine passende Dampfmaschine auf dem Occasions-Markt gefunden werden, müsste bei den Dampf-Varianten mit zusätzlichen Investitionskosten von ca CHF gerechnet werden. 1 Kosten nur für Vortrieb, ohne Kosten für das elektrische Bordnetz, andere Unterhalts- und Personalkosten 31.Oktober 2011 SHIPTEC

24 Empfehlung Antriebsvarianten Die vorangehenden Ausführungen zeigen, dass eine Grundsatzentscheidung bezüglich der Wahl des Antriebssystems getroffen werden muss: Nämlich diejenige, ob das Schiff unabdingbar mit Dampf angetrieben werden soll oder ob auch ein dampfschiffähnlicher Nachbau, der mit modernen Antriebssystemen ausgerüstet würde, in Frage kommt. Abhängig von der Beantwortung dieser Frage empfehlen sich folgende Antriebsarten: Falls Dampf ja: Empfehlung SHIPTEC: Variante 3, klassisch mit Pumpjet Begründung: Sowohl aus betriebswirtschaftlicher wie auch aus ökologischer Sicht muss so viel Energie wie möglich durch effizientere Antriebssysteme als die Dampfmaschine umgesetzt werden. Mit dem eingebauten Pumpjet kann etwa die Hälfte der benötigten Vortriebsleistung erzeugt werden. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist, dass durch die geringere Leistung der Dampfmaschine auch die Fläche der Schaufelräder reduziert werden kann, was wiederum dazu führt, dass der Rumpf breiter gebaut werden kann. Dies bringt mehr Platz und vor allem auch eine stark verbesserte Stabilität. Zudem ist die vollständige Redundanz ein sehr grosser Sicherheitsvorteil. Falls Dampf nein: Empfehlung SHIPTEC: Variante 4, dieselelektrisch mit Bugstrahlruder Begründung: Diese Variante verursacht, obwohl die Anschaffungskosten im mittleren Bereich liegen, auf lange Sicht die tiefsten Kosten. Zudem befindet sich auf dem Schiff nur ein System (Dieselelektrisch), sodass weitere Synergien genutzt werden können, welche (weil hier nur die Antriebsfrage beleuchtet wird) noch nicht in die Kostenrechnung geflossen sind. 31.Oktober 2011 SHIPTEC

25 4.3. Mögliche Energieträger Logistik Treib-/Brennstoffe Da die Schifffahrtsgesellschaft URh nicht über eine feste Tankanlage verfügt, müsste der Brennstoff jeweils per LKW angeliefert werden. Das bedeutet, dass bei unterschiedlichen Energieträgern keine grossen logistischen Probleme bei der Betankung entstehen sollten Solarenergie Solarstrom ist ökologisch betrachtet ein ausserordentlich attraktiver Energieträger. Auch würde das Betanken bzw. Versorgen des Schiffes mit Brennstoff entfallen und man wäre von der Volatilität der Energiepreise unabhängig. Zur Erzeugung der bei diesem Projekt benötigten 400 kw Antriebsleistung ist Solarenergie jedoch leider nicht geeignet. In unseren Breitengraden muss zur Erzeugung von 1 kw Leistung mit 8-10 m 2 Photovoltaik-Paneelen gerechnet werden. Somit müsste eine Fläche von m 2 für Paneele zu Verfügung stehen, was mit der gewünschten Schiffsgrösse nicht zu vereinbaren ist. Neben den technischen Faktoren muss auch in Betracht gezogen werden, dass es sich bei dem Projekt um die Nachbildung eines historischen Dampfschiffes handeln soll und die Photovoltaikanlage das Bild des Schiffes zu stark verändern würde. Dies würde darum von der Öffentlichkeit kaum akzeptiert. Eine weitere Möglichkeit wäre es, die benötigte Menge Energie über Solaranlagen an Land zu produzieren und ins Stromnetz einzuspeisen. Über Nacht könnten dann Stromakkumulatoren im Schiff ans Stromnetz angeschlossen und aufgeladen werden. Ziel wäre es, eine Nullbilanz zu erreichen. Am nächsten Tag könnte mit dieser elektrischen Energie Dampf für die Dampfmaschine erzeugt werden. Die hierfür benötigten Akkus wären für die benötigte Antriebsleistung jedoch so voluminös und schwer, dass auch diese Möglichkeit verworfen werden muss. Hinzu käme noch die zu lange Ladezeit. Solarstrom als Energieträger für das Antriebssystem wird somit nicht weiter untersucht. 31.Oktober 2011 SHIPTEC

26 Wasserstoff Angesichts der immer kleiner werdenden, weltweiten Ölreserven könnte der Wasserstoffantrieb in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen. Einige grosse Hersteller gehen ab 2015 mit Wasserstoffautos in Serie. Im Schiffbau wurde der Wasserstoffantrieb zunächst auf U-Booten sowie in Forschungsschiffen eingesetzt. Mittlerweile gibt es ein erstes RoRo-Schiff, das teilweise auch eine 20kW- Brennstoffzelle zum Antrieb nutzt sowie mit Wasserstoff betriebene Personenfahrgastschiffe auf der Alster in Hamburg. Dieses Projekt wurde im Rahmen des EU-geförderten Projektes Zemship (zero emission ship) entwickelt. Da die Anschaffungskosten der Brennstoffzellen für den 100kW-Antrieb dieser Ausflugsfähren bei rund 3 Mio. Euro lagen, kommt diese Antriebsenergieerzeugung aus ökonomischen Gründen nicht in Frage und wird somit nicht weiter untersucht. Die nun folgenden Tabellen sollen die Eigenschaften der einzelnen Energieträger bezogen auf Kessel, Brenner, Tank und Logistik aufzeigen, um so einen detaillierten Überblick über die Unterschiede zu gewinnen. Die aufgeführten Preise beziehen sich alle auf das Jahr Eine Prognose der Brennstoffkosten für das Jahr 2020 wird erst in einem weiteren Schritt in den darauf folgenden Kapiteln erarbeitet Traditionell Heizöl EL (Diesel) Kessel Brenner Tank Logistik Technik Standard Schiffskessel 3 Züge, innenliegender Drehzerstäuber Monoblock Ölbrenner Stahltank 3000 Liter Anlieferung mit Tanklaster, Direktbefüllung Überhitzer Regelverhältnis: 1:7 Platzbedarf LxBxH: 4.8x3.1x3.45m LxBxH: 1.3x0.8x0.61m 3.5 m³ Zufahrt für Tanklaster Gewicht Ca. 22 Tonnen 0.3 Tonnen 4 Tonnen - Kosten Ca.180'000 CHF Ca.65'000 CHF 7'000 CHF Heizöl: 9 Rp./kWh Diesel: 19 Rp./kWh Kapazität - - Für 200 km, - also 2 volle Betriebstage Vorteile Erprobte Technik Erprobte Technik Erprobte Technik Erprobte Technik Nachteile Keine Keine Keine Keine Ungelöste Probleme Keine Keine Keine Keine 31.Oktober 2011 SHIPTEC

27 Heizöl EL und Diesel sind von der chemischen Zusammensetzung her genau gleich. Ein Unterschied besteht lediglich in der Besteuerung. Da Heizöl, wie der Name schon sagt, zum Heizen von z.b. Gebäuden verwendet und Diesel vor allem für Motoren in Fahrzeugen und Maschinen eingesetzt wird, besteht auf Diesel eine wesentlich höhere Treibstoffsteuer als auf Heizöl. Zurzeit besteht eine Regelung, die es erlaubt, Dampfkessel für Schiffsantriebe mit Heizöl zu betreiben. Es besteht jedoch ein gewisses Risiko, dass diese Regelung mittelfristig abgeschafft werden könnte. Für den Betrieb von Dampfkesseln mit Diesel muss kein Partikelfilter eingebaut werden, da die Verbrennungsqualität mit einer elektronischen Brennersteuerung viel besser ist als z.b. bei einem Verbrennungsmotor. Zudem ist es technisch zurzeit (Oktober 2011) nicht möglich einen Partikelfilter auf eine Kesselanlage zu montieren, da der Gegendruck im Rauchgas dadurch zu stark ansteigen würde und damit die Funktion des Kessels nicht mehr gegeben wäre. Heizöl EL ist die traditionelle Lösung, die auf den meisten Binnendampfschiffen verwendet wird. Somit kann dabei auf gemachte Erfahrungen zurückgegriffen werden. Die einzusetzende Technik ist weitestgehend erprobt und birgt keine grossen Risiken. Im Gegensatz dazu birgt die (Treibstoff- )Preisentwicklung signifikante Risiken. Ein weiterer Nachteil sind die hohen CO₂-Emissionen Flüssige biogene Brennstoffe Kessel Brenner Tank Logistik Technik Standard Schiffskessel Drehzerstäuber Duoblock Ölbrenner mit externem Stahltank 3000 Liter Evtl. zusätzlich Anlieferung mit Tanklaster, Direktbefüllung 3 Züge mit innenliegendem Überhitzer Ventilator Regelverhältnis 1:8 Dieseltank für Stützbetrieb (Kein Messing oder Kupfer) Platzbedarf LxBxH: 4.8x3.1x3.45m LxBxH: Brenner 1x1x1.4m Mind. 3.5 m³ Zufahrt für Tanklaster Gebläse 1x1x1m Gewicht Ca.22 Tonnen 0.65 Tonnen 4 Tonnen - Kosten Ca CHF Ca CHF CHF RME: 17Rp./kWh Kapazität - - Für 200 km, also 2 volle Betriebstage - 31.Oktober 2011 SHIPTEC

28 Kessel Brenner Tank Logistik Vorteile Erprobte Technik Einsatz von erneuerbarer Energie und konventionellem Heizöl EL möglich Erprobte Technik Einsatz erneuerbarer und CO₂-Abgabeneutraler Energie möglich Nachteile Je nach Brennstoffqualität ist die Verschmutzung Platzbedarf für Verbrennungsluft- Lagerung länger als ein halbes Jahr Nur wenige Lieferanten grösser, Ventilator und schwierig z.b. Tommy C. Halter also kürzere Reinigungsintervalle Kanal. Je nach (Veränderung in GmbH Brennstoffqualität braucht es eine zusätzliche Zuleitung für Diesel der Brennstoffqualität) Ungelöste Probleme Keine Keine Brennstoffqualität Keine Biodiesel (RME) und kaltgepresstes Rapsöl kann grundsätzlich mit einem Drehzerstäuber Duoblock Ölbrenner und externem Verbrennungsluftventilator verfeuert werden. Die verwendete Technik basiert auf bekannten Standards und ist in der Tierfettverbrennung seit langem erfolgreich im Einsatz. In Bezug auf Platzbedarf, Gewicht und Kosten weicht die Technik nur leicht von der traditionellen Lösung ab. Ein weiterer Vorteil ist, dass in denselben Komponenten auch Heizöl EL verfeuert werden kann. Nachteilig sind der Platzbedarf für den externen Verbrennungsluftventilator und den Verbrennungsluftkanal sowie das kleine Angebot an Brennstofflieferanten. Weitere Nachteile können bei ungenügender Brennstoffqualität entstehen. Es sind dies: - Zweite Infrastruktur für Heizöl extraleicht (erforderlich für den Schwachlast resp. Beimischbetrieb - Starke Verschmutzung von Kessel und Brenner und dadurch erhöhter Reinigungsaufwand. Der Brennstoffpreis liegt mit 17 Rp./kWh für Raps-Methylester (RME) relativ hoch. 31.Oktober 2011 SHIPTEC

29 Gasförmige Brennstoffe Kessel Brenner Tank Logistik Technik Standard Schiffskessel Drehzerstäuber Duoblock Gasbrenner mit Gasflaschen auf Gestell montiert (z.bsp.180x80 Liter) Betankung über LKW resp. Über eine stationäre Anlage 3 Züge mit innenliegendem Überhitzer Externem Ventilator Regelverhältnis 1:8 oder Torpedoflaschen (z.b. 2x7200Liter) Platzbedarf LxBxH: LxBxH: 12 m³ - 4.8x3.1x3.45m Brenner 1x1x1.4m Gebläse 1x1x1m (bei 240 bar) Gewicht Ca.22 Tonnen 0.65 Tonnen Ca Tonnen, - abhängig von Behältertyp resp. Bauform Kosten Ca CHF Ca CHF Ca bis CHF. Erdgas: 7 Rp./kWh Biogas: 15 Rp./kWh Abhängig vom Behältertyp, Bauform Material und Gewicht. Kapazität km - Vorteile Erprobte Technik Erprobte Technik Erprobte Technik, wird in Norwegen auf Fährschiffen eingesetzt Im Falle von Biogas: Erneuerbarer und CO₂-Abgabeneutraler Energieträger Nachteile Keine Keine Platzbedarf Keine Kosten Ungelöste Probleme Keine Keine Keine keine Erdgas/Biogas kann grundsätzlich mit einem Drehzerstäuber Duoblock Gasbrenner und externem Verbrennungsluftventilator verfeuert werden. Die verwendete Technik basiert auf bekannten Standards und ist bei stationären Anlagen bestens bekannt. 31.Oktober 2011 SHIPTEC

30 In Bezug auf Platzbedarf, Gewicht und Kosten entspricht die Technik, mit Ausnahme des Brennstofftanks, der Lösung für flüssige Brennstoffe. Die Brennstofflagerung auf dem Schiff ist wesentlich komplexer als bei flüssigen Brennstoffen und benötigt mehr Platz. Bei vergleichbarem Platzbedarf kann rund viermal weniger Energie gespeichert werden. Betankt werden könnte das Schiff mobil, von einem LKW aus. Die Anschaffungskosten dürften gemäss einer ersten groben Schätzung ca. doppelt so hoch sein wie bei der traditionellen Lösung mit Heizöl EL. Nicht eingerechnet sind dabei die Kosten für die Betankungsinfrastruktur an Land. Der Biogaspreis liegt für unsere Anwendung bei 15 Rp./kWh. Der Erdgaspreis liegt aktuell (Oktober 2011) bei 7 Rp./kWh. Die Erzeugung des Dampfes mit Erdgas wurde von SHIPTEC für die Schifffahrtsgesellschaft des Vierwaldstättersees (SGV) im Rahmen der Generalrevision des Dampfschiffes Unterwalden bereits 2009 detailliert entwickelt und geplant. Hierzu wurde ein Konzept der Erdgasinstallation entworfen, welches vom Germanischen Lloyd (Klassifikationsgesellschaft) für sicher befunden wurde. Problematisch sind jedoch die gesetzlichen Grundlagen der Schiffbauverordnung (SBV) und deren Ausführungsbestimmungen (AB-SBV), bzw. deren Interpretation durch die verantwortliche Aufsichtsbehörde. Das BAV (Bundesamt für Verkehr) hat sich gegen einen gasbetriebenen Antrieb entschieden. Der negative Entscheid basiert jedoch auf einer legalistischen Betrachtung und kann technisch nicht begründet werden. Momentan arbeitet eine Kommission, zusammengesetzt aus dem BAV und Mitgliedern der Vereinigung Schweizerischer Schifffahrtsgesellschaften (VSSU), an einer Anpassung der gesetzlichen Grundlagen. Dies damit in Zukunft auch Antriebe, die nicht mit herkömmlichem Heizöl funktionieren, laut Verordnung erlaubt sind. Auch die SHIPTEC engagiert sich in dieser Kommission. Diese Richtlinie soll voraussichtlich ca in Kraft treten Feste biogene Brennstoffe (Holzpellets) Kessel Brenner Tank Logistik Technik Spezialdampfkessel (HKB Ketelbouw Spezial-Brenner (System Stokker ; Stahltank Spezialanfertigung Anlieferung mit Tanklaster, Direktbefüllung Holland) Schmid AG Schweiz) Platzbedarf Nicht bekannt Nicht bekannt 15 m³ Zufahrt für Tanklaster Gewicht Nicht bekannt Nicht bekannt 12 Tonnen - Kosten Nicht bekannt Nicht bekannt Nicht bekannt Pellets: 8 Rp./kWh 31.Oktober 2011 SHIPTEC

31 Kessel Brenner Tank Logistik Kapazität km - Vorteile Einheimische, er- Einheimische, er- Einheimische, er- Einheimische, erneu- neuerbare und CO₂- neuerbare und CO₂- neuerbare und CO₂- erbare und CO₂- neutrale Energie neutrale Energie neutrale Energie neutrale Energie Nachteile Platzbedarf Platzbedarf Platzbedarf Schlauchverbindung Gewicht Gewicht Tendenz zu Instabi- max. 40m, in der Asche (ca.25kg/tag) Feinstaubausstoss lität des Schiffes Schweiz keine Grossproduzenten Ungelöste Keine Erfahrungen Keine Erfahrungen Keine Keine Probleme mit Kessel/Brenner mit Kessel/Brenner Konkrete Angaben zu Platzbedarf, Grösse und Kosten von Kessel und Brenner bei Pellets als Energieträger können auf der Stufe Grobkonzept nicht gemacht werden, da bekannte Hersteller nicht in der Lage sind, Richtgrössen für diesen Spezialfall anzugeben. Da Holz ein langflammiger Brennstoff mit tieferen Feuerraumbelastungen ( kW/m³) und tieferen Flammentemperaturen (ca.1300 C) ist als Heizöl, muss davon ausgegangen werden, dass der Holzpelletkessel ca. um Faktor 2 grösser und schwerer wird als der Ölkessel. Betreffend Feinstaub gilt seit dem für Feuerungen ab einer Leistung von 1 MW die Feinstaubfilterpflicht. Zudem wurde in der Schweiz der LRV-Grenzwert (Luftreinhalte-Verordnung) von heute 150 mg/m³ auf 20 mg/m³ herunter gesetzt. Ein Feinstaubfilter hat minimale Abmessungen von LxBxH 3x2x3m und kostet mindestens CHF. Eine Anfrage bei der Abteilung Umweltschutz Schaffhausen des Interkantonalen Labors, ob der Einbau eines Feinstaubfilters in diesem Fall gefordert würde bzw. wo die Grenze für Feinstaubbelastungen liegt, konnte nicht beantwortet werden und wurde an die Sektion Luftreinhaltung des BAFU weitergeleitet. Diese hat Bedenken zu den ausgestossenen Partikeln bei der Verbrennung von Holzpellets geäussert und gesagt, dass mit grösster Wahrscheinlichkeit der Einbau eines Filters gefordert wäre. 31.Oktober 2011 SHIPTEC

32 Vergleich der Kosten für die Energieträger Für eine erste Abschätzung der Wirtschaftlichkeit der betrachteten Konzeptvarianten dienen die geschätzten Brennstoff-Verbrauchswerte, die künftigen CO 2 - Abgaben auf Brennstoffe sowie die geschätzten Investitionskosten für die unterschiedlichen Anlagen. Brennstoffkosten Die Energiepreise für fossile Brenn- und Treibstoffe sind in den letzten Jahren deutlich gestiegen. In den Jahren haben sich die Preise für Heizöl EL im Durchschnitt jedes Jahr um 10% verteuert. Gründe für diese starke Preisentwicklung sind die weltweit gestiegene Nachfrage nach Erdölprodukten, geopolitische Faktoren und von Spekulationen getriebene Erdölnotierungen an den Börsen. Diese Faktoren und die voraussichtlich höhere Besteuerung fossiler Brenn- und Treibstoffe aus klimapolitischen Gründen werden auch in Zukunft hohe Energiepreise bewirken. Neben einer ersten Abschätzung der momentanen Brennstoffkosten ist in einem zweiten Schritt eine Prognose wichtig, um die voraussichtlich realen Kosten zum Zeitpunkt des Schiffseinsatzes ab dem Jahr 2020 abschätzen zu können. Grundsätzlich hängen die voraussichtlichen Brennstoffkosten von so vielen unberechenbaren Faktoren ab, dass es fast nicht möglich ist eine wirklich zuverlässige Schätzung über deren Verlauf abzugeben. Um dennoch eine Prognose erstellen zu können, wurden Statistiken der letzten Jahre verwendet. Bei sämtlichen Brennstoffen wurde anhand von diesen Statistiken eine durchschnittliche Verteuerung errechnet. Diese betrug für Heizöl EL zum Beispiel ca. 10% pro Jahr; bei Erdgas wurde eine Verteuerung von 6% pro Jahr errechnet. Für den folgende Vergleich der verschiedenen Energieträger wird wiederum von folgenden Annahmen ausgegangen: Betriebstage im Jahr km/tag, also km jährlich - Energieverbrauch für klassischen Antrieb mit Pumpjet (Antriebsvariante 3) siehe Kapitel Dies entspricht bei einem Energieverbrauch von 8267kW pro 100km rund kWh pro Jahr. 31.Oktober 2011 SHIPTEC

33 Die Brennstoffkosten im Jahr 2011 sind gemäss Händlerangaben wie folgt: Heizöl EL 2 9 Rp/kWh (0.90 CHF/l) Diesel 2 19 Rp/kWh (1.90 CHF/l) Erdgas 3 7 Rp/kWh (0.70 CHF/m 3 ) Biogas 3 15 Rp/kWh (1.50 CHF/m 3 ) Pellets 3 8 Rp/kWh (384.0 CHF/t) Biodiesel/Pflanzenöl 3 17 Rp/kWh (1.60 CHF/l) Für das Jahr 2020 werden die Brennstoffkosten wie folgt geschätzt: Heizöl EL 21 Rp/kWh (2.10 CHF/l) Diesel 31 Rp/kWh (3.10 CHF/l) Erdgas 11 Rp/kWh (1.10 CHF/m 3 ) Biogas 16 Rp/kWh (1.60 CHF/m 3 ) Pellets 9 Rp/kWh (432.0 CHF/t) Biodiesel/Pflanzenöl 23 Rp/kWh (2.12 CHF/l) Daraus ergeben sich folgende Brennstoffkosten für ein durchschnittliches Betriebsjahr: Brennstoff Verbrauch (ca.) Preis/km im Jahr 2011 (CHF) Kosten im Jahr 2011 (CHF) Preis/km im Jahr 2020 (CHF) Geschätzte Kosten für das Jahr 2020 (CHF) Heizöl EL 8.0 l/km Diesel 8.0 l/km Erdgas 8.3 m 3 /km Biogas 8.3 m 3 /km Pellets 17.2 kg/km Biodiesel 8.8 l/km Quelle: Bundesamt für Statistik, Preisbasis Oktober Quelle: Händlerangaben aus der Schweiz, Preisbasis Oktober Oktober 2011 SHIPTEC

34 CO₂-Abgaben Die sog. CO 2 -Lenkungsabgabe ist ein marktwirtschaftliches Instrument, welches helfen soll den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu senken. Im Jahr 2008 wurde eine Abgabe von 12 Franken pro Tonne CO 2 eingeführt. Da danach die gesetzten Ziele zur Senkung der CO 2 -Emissionen nicht erreicht wurden, musste die Abgabe 2009 auf 24 Franken je Tonne CO 2 und schliesslich 2010 auf 36 Franken je Tonne CO 2 heraufgesetzt werden. Es ist momentan leider nicht abzusehen, wie sich diese Abgabe bis ins Jahr 2020 entwickeln wird. Es ist aber eher von einer Verteuerung auszugehen. Bei den CO 2 -Emissionskosten wird für 2011 und 2020 jeweils die Abgabe Stufe 3 (ab 01. Januar 2010) mit 36.- CHF/t CO 2 angenommen. Einheit 2011 Verbrauch Heizöl EL, Diesel l/a CO 2 -Ausstoss t/a 328 Abgabe absolut CHF/a Verbrauch Erdgas kwh/a CO 2 -Ausstoss t/a 245 Abgabe absolut CHF/a Verbrauch Biogas, Biodiesel, Pellets kwh/a CO 2 -Ausstoss t/a 0 Abgabe absolut CHF/a 0 Brennstoffkosten und CO₂-Abgabe Einheit Heizöl + CO₂-Abgabe CHF/a Diesel + CO 2 -Abgabe CHF/a 246' '482 Erdgas + CO₂-Abgabe CHF/a Biogas CHF/a Pellets CHF/a Biodiesel, Pflanzenöl CHF/a Oktober 2011 SHIPTEC

35 Zusatzinvestitionen/Kapitalkosten für die Anlage Bei den Investitionskosten wird stets von Preisen ausgegangen, wie sie für das Jahr 2011 gelten. Einheit Heizöl EL / Erd-/Biogas* Pellets Biodiesel Diesel Investitionskosten CHF Amortisationszeit Jahre Zinssatz % Kapitalkosten CHF Investitionskosten/Jahr CHF/a * Bei Erd- und Biogas wird bei den Investitionen nur die schiffseitige Installation berücksichtigt. Die landseitige Infrastruktur für die Betankung ist nicht eingerechnet. Jahreskosten der Konzeptvarianten Für 2011: Einheit Heizöl EL Diesel Erdgas Biogas Pellets Biodiesel Brennstoffkosten und Abgaben CHF/a ' Investition/Jahr CHF/a Total CHF/a Für 2020: Einheit Heizöl EL Diesel Erdgas Biogas Pellets Biodiesel Brennstoffkosten CHF/a und Abgaben ' Investition/Jahr * CHF/a Total CHF/a *Auch hier wird mit den Investitionskosten für 2011 weitergerechnet, da eine Prognose bis ins Jahr 2020 zu spekulativ wäre. 31.Oktober 2011 SHIPTEC