Beschaffung eines speziellen Nassbaggergerätes für die Hamburg Port Authority (HPA)

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1 Beschaffung eines speziellen Nassbaggergerätes für die Hamburg Port Authority (HPA) Dipl.-Ing. Jens Bald, HPA Bild 1: SAUGER III (Damen Shipyards)

2 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Hamburg Port Authority Baggerungen im Hamburger Hafen Unterbringung von Baggergut Schutensauger Was ist ein Schutensauger Schutensauger in Deutschland Schneidkopfsaugbagger AMORIS HPA Saugerstation Neubau SAUGER III Sauger III (Bj.1905) Gründe für den Neubau Anforderungen an den Neubau Entwurf Ausschreibung Auswahl der Ausschreibungsart Teilnahmewettbewerb Verhandlungsverfahren Bauphase Bau Stapellauf Abnahme und Inbetriebnahme Ausblick Literatur

3 Abbildungsverzeichnis Bild 1: SAUGER III (Damen Shipyards)...29 Bild 2: Eimerkettenbagger ODIN (HPA)...32 Bild 3: Greifbagger MODI (HPA)...32 Bild 4: Hopperbagger IJSSELDELTA (B. Visser)...33 Bild 5: Planiergerät STOCKHAUSEN (HPA)...33 Bild 6: Wasserinjektionsgerät AKKE der Firma JADESAND (HPA)...33 Bild 7: Fließdiagramm der METHA (HPA)...34 Bild 8: METHA Vorlagebecken (HPA)...34 Bild 9: Schneidkopfsaugbagger AMORIS (Damen)...36 Bild 10: Saugerstation im Finkenwerder Vorhafen (HPA)...37 Bild 11: Längsschnitt SAUGER III Bj (HPA)...37 Bild 12: Erster Entwurf mit zwei Baggerpumpen (HPA)...39 Bild 13: Ausschreibungszeichnung (HPA)...39 Bild 14: Stapellauf SAUGER III (HPA)...42 Bild 15: SAUGER III fertig für den Stapellauf (HPA)...42 Bild 16: Überführung SAUGER III über die Nordsee (Damen Shipyards)

4 1 Hamburg Port Authority Die Hamburg Port Authority AöR (HPA) betreibt seit 2005 ein zukunftsorientiertes Hafenmanagement aus einer Hand und ist überall dort aktiv, wo es um Effizienz, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit im Hamburger Hafen geht. Den wachsenden Ansprüchen des Hafens begegnet die HPA mit intelligenten und innovativen Lösungen. Die HPA ist verantwortlich für die effiziente, Ressourcen schonende und nachhaltige Planung und Durchführung von Infrastrukturmaßnahmen im Hafen und Ansprechpartner für alle Fragen hinsichtlich der wasser- und landseitigen Infrastruktur, der Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs, der Hafenbahnanlagen, des Immobilienmanagements und der wirtschaftlichen Bedingungen im Hafen. Dazu stellt die HPA die erforderlichen Flächen bereit und übernimmt alle hoheitlichen Aufgaben und hafenwirtschaftliche Dienstleistungen. Sie vermarktet spezielles, hafenspezifisches Fachwissen und nimmt zudem die hamburgischen Hafeninteressen auf nationaler und internationaler Ebene wahr. 1.1 Baggerungen im Hamburger Hafen Es werden je nach Bedarf Baggerungen mit unterschiedlichen Baggern durchgeführt. Der weitaus größte Teil davon sind Unterhaltungsbaggerungen. Diese dienen der Aufrechterhaltung der anzustrebenden Unterhaltungswassertiefen. Eimerkettenbagger: Über 180 Jahre wurden im Hamburger Hafen Eimerkettenbagger eingesetzt. Im Sommer 2015 wurde mit dem Eimerkettenbagger ODIN der letzte Hamburger Eimerkettenbagger außer Dienst gestellt. Eimerkettenbagger werden vor allem bei harten Böden eingesetzt. Bild 2: Eimerkettenbagger ODIN (HPA) Greifbagger: Für das Baggern von kleinen Flächen, sowie Untiefen in Bereichen, die mit einem Hopperbagger nicht zu erreichen sind, werden Greifbagger eingesetzt. Die HPA verfügt über mehrere Seilgreifbagger. Bei dem Bagger FAFNER ist der Bagger fest mit dem Rumpf verbunden. Der Bagger MODI ist ein Ponton, auf dem ein kompletter Bagger mit Fahrwerk angeordnet ist. Bild 3: Greifbagger MODI (HPA)

5 Hopperbagger: Über 90 Prozent der Baggerungen werden mit Hopperbaggern durchgeführt. Die HPA schreibt die Baggerarbeiten je nach Bedarf für Hopperbagger unterschiedlichster Größe aus. Planiergerät: Eine Planiergerät ist ein Pflug, der den Boden planiert. Nachdem verschiedene Planiergeräte von Privatunternehmen in Hamburg erfolgreich im Einsatz gewesen sind, entschloß sich die HPA 2005 den Schlepper OTTO STOCK- HAUSEN zur Planiergerät umzubauen. Nach einer Baggerung mit einem Hopperbagger wird der Gewässerboden mit einem Planiergerät planiert. Bild 4: Hopperbagger IJSSELDELTA (B. Visser) Wasserinjektionsgerät: Eine weitere Möglichkeit den Gewässerboden zu planieren ist der Einsatz eines Wasserinjektionsgerätes. Dieses Verfahren ist vor allem bei Ebbtide sinnvoll. Eine Pumpe saugt Wasser von außenbords an. Das Wasser wird in eine Vielzahl von Wässerdüsen geleitet, die auf einem Spühlrohr angeordnet sind. Das Rohr wird auf den Gewässerboden abgelassen und mit Hilfe des Wasserstrahls bildet sich ein Sediment Wassergemisch (Sedimentsuspension). Im Idealfall bildet sich eine dichte Suspensionsschicht, die mit der Ebbtide abtransportiert wird. Bild 5: Planiergerät STOCKHAUSEN (HPA) Bild 6: Wasserinjektionsgerät AKKE der Firma JADESAND (HPA)

6 1.2 Unterbringung von Baggergut Stärker belastetes Baggergut aus dem Hamburger Hafen wird landseitig aufbereitet und entwässert. Nach der Entwässerung werden die einzelnen Fraktionen der internen und externen Verwertung zugeführt. Dieses Baggergut wird über Laderaumsaugbagger direkt in Spülfelder verpumpt bzw. über Transportschuten zur Saugerstation Finkenwerder Vorhafen transportiert, wo es dann über den Schutensauger in das Vorlagebecken der METHA verspült wird. Die METHA nahm 1993 den Betrieb auf und war die weltweit erste Großanlage für die Aufbereitung von Baggergut. Sie wurde in enger Zusammenarbeit zwischen dem Hamburger Amt für Strom- und Hafenbau (heute HPA), der Technischen Universität Hamburg-Harburg und dem Anlagenbauer Lurgi AG entwickelt. In der METHA wird das Baggergut in einzelne Fraktionen vorwiegend Schluff, Grobschluff und Sand getrennt. Grobschluff und Sand sind in der Regel unbelastete Fraktionen und schonen ggf. erforderliche Deponiekapazitäten. Baggergut, das nicht aufgrund seiner Belastung an Land behandelt und deponiert werden muss, wird u.a. stromab des Hafens im Zeitraum November bis März an der Landesgrenze bei Neßsand umgelagert. Bild 7: Fließdiagramm der METHA (HPA) Bild 8: METHA Vorlagebecken (HPA)

7 2 Schutensauger 2.1 Was ist ein Schutensauger Mit der Indienststellung des ersten Dampfeimerkettenbaggers im Hamburger Hafen am 9. August 1834 begann der Einsatz von Dampfbaggern in Hamburger Hafen. Dieser Baggertyp erwies sich als so leistungsfähig, dass im Laufe des 19. Jahrhunderts die Stadt Hamburg einen eigenen Baggerei- und Schifffahrtsbetrieb aufbaute. Mit dem stetigen Anstieg der Menge des Baggergutes wuchs auch die Notwendigkeit dieses schnell und effektiv an Land zu bringen. Die Baggerschuten wurden anfangs noch von Hand, später mit der Hilfe von Dampfkranen entladen. Zur Ende des 19. Jahrhunderts setzte sich ein Kranbahnsystem durch, mit dem das Baggergut aus der Schute gehoben und bis zu 200 m weit an Land verbracht werden konnte. Ob in etwa zehn Jahren 60 solcher Hängebahnbrücken in Betrieb genommen wurden, gab es aufgrund des zu dieser Zeit herrschenden rasanten technischen Fortschritts, bald eine neue Lösung. Kreiselpumpen wurden sehr leistungsfähig. Dadurch bestand die Möglichkeit zwei Pumpen auf einem Ponton zu installieren. Eine kleinere Pumpe förderte Wasser in die Baggerschute, um das Baggergut pumpfähig zu machen. Eine zweite größere Pumpe fördert das Baggergut hydraulisch über ein Rohrleitungssystem an Land. Dieses Prinzip funktionierte bei feinkörnigen Böden. Diese Geräte wurden Schutensauger genannt. Innerhalb weniger Jahre wurden sieben dieser Geräte beschafft. Der Begriff Schutensauger wird nur in Hamburg verwendet. Deutschlandweit spricht man von Spüler. Das Prinzip eines Schutensaugers ist mit dem eines Hopperbaggers vergleichbar. Statt wie der Hopperbagger das Baggergut vom Boden des Hafenbeckens aufzusaugen, saugt der Schutensauger das Sediment aus einer Schute. Sie werden meist zum Aufspülen von Land genutzt, oder spülen das Sediment in Anlagen ein, die das Sediment aufbereitet. 2.2 Schutensauger in Deutschland Da der weitaus größte Anteil von Baggerungen in Deutschland von Hopperbaggern vorgenommen wird, sind Schutensauger recht selten anzutreffen. Moderne Hopperbagger sind in der Lage, Baggergut über große Strecken zu verspülen. Mit der fortschreitenden Entwicklung von Hopperbaggern wurden Eimerkettenbagger, die in Schuten baggern, vom Markt verdrängt. Als Folge dieser Entwicklung wurden auch Schutensauger außer Betrieb gestellt. An der Weser liegt der SPÜLER WESER von Bremenports. Dieser entleert die unternehmenseigenen Klappschuten und spült das Baggergut in die integrierte Baggergutentsorgungsanlage in Bremen-Seehausen ein. Am Niederrhein verspülen die SPÜLER 20 und SPÜLER 16 von Hülskens Wasserbau an

8 verschiedenen Orten Sedimente. Das Unternehmen Detlef Hegemann Dredging verfügt über den Schutensauger ROLAND IV. 2.3 Schneidkopfsaugbagger AMORIS In Antwerpen betreibt der belgische Nassbaggerkonzern Jan de Nul in einem Joint Venture mit Dredging International und Antwerpen Ports den Schneidkopfsaugbagger AMORIS, der auch über eine Einrichtung zum Entladen von Schuten verfügt. Die AMORIS spült in eine Anlage zur Baggergutaufbereitung AMORAS ein, die nach dem Vorbild der METHA gebaut worden ist. 2.4 HPA Saugerstation Die HPA Saugerstation ist die einzige Anlage im Hamburger Hafen, die in der Lage ist, gebaggertes Sediment an Land zu verspülen. Es werden nicht nur Schuten von der HPA an der Saugerstation verspült, sondern auch Schuten von Privatunternehmen, die im Hafen baggern. Daher besitzt die Anlage eine hohe Priorität innerhalb der HPA. Der Schutensauger besteht aus einer Förderpumpe, die das Baggergut aus den angelieferten Schuten pumpt. Um die Sedimente pumpfähig zu machen, werden diese mit zusätzlichem Wasser aufgelockert. Das erforderliche Wasser wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt, dabei dient ein Lieger als Wasserspeicher. Der Pumpmeister kann je nach Bedarf Zusatzwasser in das zu verspülende Baggergut geben. Wieviel Zusatzwasser benötigt wird, hängt von den zu verspülenden Sedimenten ab. Neben dem elektrisch betriebenen Sauger III wird als Ersatz der dieselgetriebene Sauger V vorgehalten. Bild 9: Schneidkopfsaugbagger AMORIS (Damen)

9 Bild 10: Saugerstation im Finkenwerder Vorhafen (HPA) 3 Neubau SAUGER III 3.1 Sauger III (Bj.1905) Der SAUGER III besteht aus einem Schiffskörper des Baujahrs 1905, einer darauf befindlichen 10 kv Trafostation, sowie einer Fördereinrichtung für das zu verspülende Baggergut. Beides wurde 1976 eingebaut, als die ursprünglich mit Öl betriebene Förderanlage einen elektrischen Antrieb erhielt. Die unter Deck befindliche Trafoanlage transformiert den Strom von 10 kv auf 6 kv. Mit dieser Spannung wird der 2,25 MW E-Motor für die Förderpumpe gespeist. Weiter wird auf 400 V transformiert um die Zusatzwasserpumpe zu betreiben, durch deren Wasserzugabe das Sediment pumpfähig gemacht wird. Bild 11: Längsschnitt SAUGER III Bj (HPA) 3.2 Gründe für den Neubau Die 1974 gebaute Elektroanlage und Steuerung von SAUGER III wurde zunehmend störanfällig. Insbesondere die Kohlebürsten der Elektromotoren mussten häufig getauscht werden. Insgesamt entsprach die gesamte Elektroanlage nicht mehr dem Stand der Technik. Die

10 Ersatzteilbeschaffung gestaltete sich zunehmend schwierig. Sowohl aus ökonomischen als auch aus ökologischen Gründen sollte der Spülbetrieb jedoch weiterhin elektrisch durchgeführt werden. Daher kam eine dauerhafte Inbetriebnahme des Reservegerätes SAUGER V nicht in Frage. Die Erneuerung der Elektroanlage hätte umfangreiche Schiffbau- und Tischlerarbeiten notwendig gemacht. Die Kosten hierfür hätten die Kosten der Erneuerung der Elektroanlage um ein vielfaches übertroffen. Zudem wäre die Fördereinrichtung noch auf dem Stand von 1974 gewesen. Daher wurde entschieden, SAUGER III durch einen gleichfalls elektrisch betriebenen Neubau zu ersetzen. 3.3 Anforderungen an den Neubau Die Anforderungen an den Neubau wurden wie folgt definiert: Die Bordspannung darf maximal 690 V betragen. Daher wurde parallel zum Bau des Schutensaugers eine Trafostation im Böschungsbereich errichtet, die 10 kv auf 690 V transformiert. Die Abmessungen des SAUGER III sollten übernommen werden, um denselben Liegeplatz nutzen zu können. Die Fördereinrichtung soll identisch mit der von SAUGER III (Bj. 1905) sein. An Bord soll ein kleiner Kran vorhanden sein, um Unrat aus Schuten zu entfernen. Mit einem großen Kran sollen sowohl die Förderpumpe als auch deren Elektromotor ausgebaut werden können. Da die Förderpumpe einwandig ist, sollte der Pumpenraum und der Motorenraum voneinander getrennt sein. Der Elektromotor sollte die Pumpe direkt antreiben, frequenzgeregelt und daher ohne Kohlebürsten sein. Das Baggergut sollte statt über eine starre Leitung über eine Schwimmleitung an Land verspült werden. Der Neubau soll das Einspülen in die METHA für die nächsten 40 Jahre sicherstellen. Die Förderpumpe wird nach den vorhandenen Plänen nachgebaut, wobei die vorhandenen Gussmodelle genutzt werden können. Die Beibehaltung der vorhandenen Förderpumpe ist notwendig gewesen, da die HPA die Pumpe mit eigenem Personal innerhalb von kürzester Zeit instand setzt. Der durch Abrieb entstandene Verschleiß macht es erforderlich, das Pumpengehäuse regelmäßig aufzuschweißen oder gegebenenfalls den Pumpenkreisel auszutauschen. Die Arbeiten werden in der Regel an einem Wochenende ausgeführt

11 3.4 Entwurf Die genannten Anforderungen wurden nach umfangreichen Vorplanungen festgelegt. Da der Schutensauger eine Monopolstellung im Hamburger Hafen einnimmt, sollte der Neubau vollständig redundant sein. Zudem sollten zwei Baggerpumpen und zwei Saugrüssel vorhanden sein. Dieser Entwurf wurde aus Kostengründen verworfen. Es wurde ein Entwurf mit einer Förderpumpe gewählt, dessen Fördereinrichtung mit der von SAUGER III nahezu identisch ist. Bild 12: Erster Entwurf mit zwei Baggerpumpen (HPA) Bild 13: Ausschreibungszeichnung (HPA)

12 4 Ausschreibung 4.1 Auswahl der Ausschreibungsart Für die Ausschreibung wurde als Vergabeart ein europaweiter Teilnahmewettbewerb mit anschließendem Verhandlungsverfahren durchgeführt. Grund hierfür ist, dass Schutensauger spezielle Nassbaggergeräte sind und wenige Werften Erfahrung im Bau von Nassbaggern haben. Daher sollten die Werften im Vorfeld auf ihre technische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit hin geprüft werden. Es wurde seitens der HPA mit einer Bauzeit von 24 Monaten von Auftragserteilung bis Inbetriebnahme gerechnet. Es musste gewährleistet sein, dass der Auftragnehmer in dieser Zeit nicht in ernsthafte wirtschaftliche Schwierigkeiten kommt, die die Ablieferung des Gerätes verzögern konnten. 4.2 Teilnahmewettbewerb Die Teilnehmer des Wettbewerbes wurden besichtigt, um deren Leistungsfähigkeit zu prüfen. Vier Unternehmen wurden ins Verhandlungsverfahren übernommen und zur Angebotsabgabe aufgefordert. Für die Teilnahme am Wettbewerb mussten die Firmen ein Bewerbungsformblatt ausfüllen und einreichen. Dieses beinhaltete folgendes: Verwendungszweck und Aufgabenbeschreibung des Gerätes Basisdaten des Bewerbers Wirtschaftliche Lage des Teilnehmers inkl. Bonitätsprüfung Technische Leistungsfähigkeit (Referenzen, Anlagen, Technisches Büro) Besichtigung der Bieter zur Prüfung derer Leistungsfähigkeit Bewerbergemeinschaften Nachunternehmer Eingangskriterien zum Teilnahmewettbewerb Weiteres Verfahren (Besichtigung des SAUGER III Voraussetzung für Teilnahme) Bei der Besichtigung der Bieter auf dem Sauger äußerten die meisten eine Bauzeit die erheblich unter den von HPA geschätzten 24 Monaten lagen. Dies konnte in den meisten Fällen darauf zurückgeführt werden, dass die Bieter die Komplexität des Gerätes sowie die Anforderungen der HPA unterschätzen

13 4.3 Verhandlungsverfahren Nach Auswertung der Teilnahmeanträge wurden vier Unternehmen ins Verhandlungsverfahren übernommen und aufgefordert ein Angebot abzugeben. Es ist nur eine Verhandlungsrunde notwendig gewesen. Der Auftrag wurde im November 2014 an Damen Shipyards vergeben. Ein wesentlicher Grund für die Vergabe an Damen Shipyards war deren umfassende Erfahrung im Bau von Hopperbaggern und Schneidkopfsaugbaggern. Zudem ist Damen Shipyards das einzige Unternehmen, das mit der AMORIS ein vergleichbares Gerät gebaut hat. 5 Bauphase 5.1 Bau Der Rumpf des neuen SAUGER III entstand bei Ibis Constructie in der Nähe von Leeuwarden (Niederlande). Die Bauaufsicht fand sowohl durch Damen Shipyards als auch durch die HPA statt. Der Stapellauf fand am 12.Oktober 2015 statt. Die Fördereinrichtung lieferte Damen Dredging und die Elektroinstallation wurde von der Firma van der Leun Installatiebouw geliefert. Der Einbau der Elektrotechnik und der Fördereinrichtung sowie die Endausrüstung fand auf der Damen Werft in Hardinxveld-Giessendam (Niederlande) statt. Nach einer ausführlichen Erprobungsphase wurde der Neubau, der wie sein Vorgänger SAUGER III heißen soll, im Mai 2016 an die HPA übergeben. Die für den Betrieb des neuen Schutensaugers notwendige Trafostation wurde bereits 2014 errichtet. Im Jahr 2015 wurde die Speicherschute durch einen Neubau ersetzt. Mit der Ablieferung von SAUGER III ist die Erneuerung der HPA Saugerstation beendet. Die neue Anlage ist für eine Betriebsdauer von 40 Jahren ausgelegt. Damit ist die Einspülung von Baggergut in die METHA langfristig sichergestellt. Elektroinstallation van der leun installatiebouw Ausrüstung Damen Shipyards Gorinchem Projektleitung Damen Shipyards Hardinxveld Lieferung Fördereinrichtung Damen Dredging Equipment Rumpfbau Las- en Constructiebedrijf IBIS

14 5.2 Stapellauf Am 12. Oktober 2015 konnte der Stapellauf stattfinden. Dafür wurde der Rumpf über Schienen auf die Querhelling gefahren. An jedem der beiden äußeren Hellingwagen wurde jeweils innen und außen ein Hydraulikzylinder angeordnet. Diese sollten den Sauger erst durch Druck nach oben lösen, dann einfahren und gegen den Uhrzeigersinn umschlagen. Bild 15: SAUGER III fertig für den Stapellauf (HPA) Bild 14: Stapellauf SAUGER III (HPA) 5.3 Abnahme und Inbetriebnahme Der SAUGER III ist im Mai 2016 termingerecht fertiggestellt und erprobt. Die Erprobung der Fördereinrichtung konnte nur mit Wasser erfolgen. Um die Baggerpumpe unter Betriebsdruck zu erproben wurde gegen eine mit einem Loch versehene Scheibe gebaggert. Für den Stromanschluß wurde ein mit Transformatoren beladener Ponton längseits gelegt. Der SAUGER III wurde Mitte Mai nach Hamburg überführt. Die Erprobung der Fördereinrichtung, sowie die Inbetriebnahme werden im September erfolgen. 6 Ausblick Ökologische Aspekte haben vor allem bei öffentlichen Unternehmen eine immer höhere Priorität. Daher steht die Entsorgung von behandlungsbedürftigem Baggergut zunehmend im Fokus der Öffentlichkeit. Somit besteht auch verstärkt die Notwendigkeit Baggergut in Anlagen zur Baggergutbehandlung einzuspülen

15 Bild 16: Überführung SAUGER III über die Nordsee (Damen Shipyards) 7 Literatur Göhren, Harald und Werner, Georg: 150 Jahre maschinelle Nassbaggerei im Hamburger Hafen, Schiff & Hafen, Heft 07/84 Thomas Groß und Michael Wilms: Unterhaltungsbaggerung für die Binnenschifffahrt, Bautechnik 05/2014 Bald, Jens: Erfahrung aus 100 Jahren, Binnenschifffahrt 07/

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