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Ein Schiff ist ein hochdynamisches System, das einer Vielzahl von unterschiedlichen Umweltbedingungen gleichzeitig ausgesetzt ist. Das Ergebnis ist ein komplexes Wirkgefüge, dessen Faktoren in den wenigsten Fällen linear korrelieren.
Umweltfaktoren können z.B. Wind, Wellen, Wassertemperatur oder der Salzgehalt des Wassers sein. Auch ändert sich der Zustand eines Schiffes je nach seinem Beladungszustand oder Bewuchs des Rumpfes. Untereinander unterscheiden sich Schiffe wiederum z.B. in ihrer Fahrtgeschwindigkeit, dem Wirkungsgrad ihres Propellers oder ihrer Hauptmaschine und in der Rumpfform. All diese Faktoren wirken auf den Schiffswiderstand und damit auch die Vortriebsleistung eines SkySails-Systems ein. Um Ersparnisse prognostizieren zu können, müssen reale Schiffe unter realen Betriebsbedingungen betrachtet werden. In den seltensten Fällen liegen alle benötigten Informationen vor, daher können alle Prognoserechnungen nur eine Annäherung sein.
Anders ausgedrückt: Die mit Hilfe des SkySails-Antriebs erreichbare Treibstoffersparnis ist im Wesentlichen abhängig vom Wirkungsgrad des Schiffspropellers, vom Schiffswiderstand, der Schiffsgeschwindigkeit, den Windverhältnissen (Windgeschwindigkeit und –richtung) auf den befahrenen Routen und dem Nutzungsverhalten der Mannschaft bzw. der Reederei. Daher kann keine pauschale Aussage bezüglich der Treibstoffersparnis getroffen werden.
Bei der Leistungsberechnung des SkySails-Systems gilt es zwischen der effektiven Zugkraft unter Normbedingungen und der Durchschnittsleistung zu unterscheiden.
* Die effektive Zugkraft des SkySails-Antriebs gibt die unter optimalen Bedingungen maximale Zugkraft des Systems in Fahrtrichtung des Schiffes an. Die effektive Zugkraft ist maßgeblich für die Dimensionierung des SkySails-Systems, da sie direkt mit dem für die Reisegeschwindigkeit des Schiffes benötigten Propellerschub verglichen werden kann.
Da Schiffe in den verschiedensten Fahrtgebieten eingesetzt werden, ist es schwer, eine pauschalisierte Aussage bezüglich der Antriebsleistung eines SkySails-Systems zu treffen. Um dennoch eine Aussage über die Antriebsleistung von SkySails-Systemen machen zu können, gibt SkySails die effektive Zugkraft unter normierten Bedingungen an. Die Leistung wird für einen genau definierten Systemzustand zu einem Zeitpunkt ermittelt. Dieser Systemzustand ist wie folgt definiert:
SkySails-Normbedingungen
Systemvariable Ausprägung
Windgeschwindigkeit 12,8 m/s (25 Knoten)
Wahre Windrichtung 130°
Schiffsgeschwindigkeit 5,1 m/s (10 Knoten)
Sea State 2
Zugdrachen-Flugmodus dynamisch
Die effektive SkySails-Zugkraft unter Normbedingungen wird für ein Beispielschiff bestimmt, dass mit einer Geschwindigkeit von 10 Knoten auf einem Kurs von 130° zum wahren Wind fährt. Die Windgeschwindigkeit beträgt 25 Knoten, die Wellen haben eine Höhe von bis zu 60 Zentimetern und der Zugdrachen wird dynamisch geflogen.
Als Grundlage für die Bestimmung der Leistung unter Normbedingungen dienen Messungen aus dem Praxiseinsatz der SkySails-Technologie und theoretische Berechnungen. Für Frachtschiffe bietet SkySails derzeit Zugdrachen-Antriebssysteme mit einer effektiven Zugkraft* zwischen 8 und 32 Tonnen an.
8 Tonnen effektive SkySails-Zugkraft entsprechen abhängig von den Schiffseigenschaften (Propellerwirkungsgrad, Widerstand etc.) ca. 600 bis 1.000 kW installierter Maschinenleistung.
Die SkySails-Durchschnittsleistung ist die Antriebsleistung, die ein SkySails-System auf einem bestimmten Schiff im Zeitraum von einem Jahr gemittelt über alle Reisen erzeugt. Die Durchschnittsleistung ist stark abhängig von den oben genannten Schiffs- und Routenfaktoren und muss daher für jedes Schiff individuell berechnet werden.
SkySails führt für Reedereien individuelle Ersparnisberechnungen für deren Schiffe durch. Mit Hilfe technischer Daten des Schiffes und genauer Angaben über die befahrenen Routen kann das Ersparnispotenzial ermittelt werden.
Im ersten Schritt bestimmen Meteorologen die Windverhältnisse, die auf der gefahrenen Route geherrscht haben. Dazu benötigen Sie als Auszug aus dem Logbuch die Koordinaten, an denen sich das Schiff im Abstand von 6 Stunden befunden hat. Aus Wetterdatenbanken bestimmen sie Windstärke und –richtung, die zu dieser Zeit an diesem Routenpunkt in ca. 200m Höhe vorgeherrscht haben.
Mit Hilfe der Wetterdaten wird die Leistung bestimmt, die ein SkySails-System unter diesen Bedingungen erzielt hätte. Durch Kombination der Leistungsdaten des SkySails-Systems mit der Antriebs- und Widerstandscharakteristik des jeweiligen Schiffes wird errechnet, in welchem Umfang die Maschinenleistung des Schiffes hätte reduziert werden können. Auf dieser Grundlage kann dann im letzten Schritt die Treibstoffersparnis ermittelt werden. Diese Treibstoffersparnis wird für alle Routenpunkte bestimmt und ergibt im letzten Schritt die gesamte Treibstoffersparnis, die durch Einsatz eines SkySails-Systems auf der betrachteten Route hätte erzielt werden können.
Eine der wichtigsten wirtschaftlichen Kenngrößen ist die Amortisationsdauer eines SkySails-Systems auf einem bestimmten Schiff. Zu ihrer Bestimmung wird die Berechnung der potenziellen Treibstoffersparnis für zahlreiche Routen durchgeführt, die das Schiff befährt. Im Ergebnis kann die potenzielle jährliche Treibstoffersparnis und unter Berücksichtigung der Anschaffungs- sowie Wartungs- und Instandhaltungskosten für das SkySails-System die Amortisationsdauer bestimmt werden.
SkySails hat auf Basis von Logbuchauszügen, historischer Wetterdaten und Praxistests zahlreiche Studien zum Ersparnispotential von SkySails-Systemen durchgeführt. Dazu wurden reale Schiffsreisen nachgerechnet. Ergebnis dieser Berechnung ist ein Ersparnispotenzial, je nach Schiff, zwischen 10 und 35%.
Neben der Leistung des SkySails-Systems unterliegt die Amortisationsdauer weiteren Einflussfaktoren:
Schweröl, auch Bunkeröl genannt, ist der Treibstoff für See gehende Schiffe. Um eine kWh Antriebsleistung zu erzeugen, müssen, abhängig vom verwendeten Treibstoff, ca. 200g Öl verbrannt werden. Je höher der Ölpreis ist, desto teurer wird der Antrieb des Schiffes mit Hilfe der Hauptmaschine und desto höher die Ersparnis pro erzeugter kWh durch den SkySails-Antrieb. Ein steigender Ölpreis hat folglich ein Sinken der Amortisationsdauer zur Folge.
Der Bunkerölpreis wird auch durch die Treibstoffqualität beeinflusst. Die in der Schifffahrt angebotenen unterschiedlichen Treibstoffqualitäten (IFO 380, IFO 180, MDO, MGO) unterscheiden sich preislich. Zwischen den schwefelarmen, teuren (MDO, MGO) und den schwefelreichen, billigen (IFO 180, IFO 380) Qualitäten besteht ein Preisunterschied von ca. 50%. Folglich sinkt die Amortisationsdauer des SkySails-Systems, je höher die verwendete Treibstoffqualität ist. Vor dem Hintergrund der jüngsten Entwicklungen im Bereich des Umwelt- und Meeresschutzes (IMO MARPOL Annex VI), die eine Reduktion des Schwefelgehaltes in Bunkeröl vorschreiben, wird dieser Einflussfaktor an Bedeutung gewinnen.
Die Amortisationsdauer ist auch abhängig von den Kosten, die für die Anschaffung und den Betrieb (Wartung und Instandhaltung, Routing) des SkySails-Systems anfallen. Je geringer die Kosten des SkySails-Antriebs desto geringer die Amortisationsdauer.
In den vorliegenden Betrachtungen wurden aus Gründen der Einfachheit die Kapitalbindungskosten nicht berücksichtigt.
„Einsatztage auf See“ sind die Tage, an denen das Schiff sich in Fahrt befindet, also nicht im Hafen oder auf der Werft liegt. Das SkySails-System kann nur während der Fahrt genutzt werden. Somit hat die Anzahl der Einsatztage auf See Einfluss auf die Amortisationsdauer. Ein Schiff befindet sich in der Regel an 210 bis 240 Tagen im Jahr in Fahrt. SkySails nimmt konservativ einen Wert von 210 Seetagen für seine Berechnungen an.
Die effektive Einsatzzeit des SkySails-Systems während der Einsatztage auf See ist vom Fahrtgebiet, dem Wetter, den Windverhältnissen und dem Nutzungsverhalten der Mannschaft bzw. der Strategie der Reederei abhängig. Umfangreiche Routinganalysen, die SkySails bereits für Reedereien durchgeführt hat, haben ergeben, dass das SkySails-System abhängig vom Fahrtgebiet in der Regel durchschnittlich an 30 bis 50% der Seetage eingesetzt werden kann.
Der Gesamtwirkungsgrad (Pe) eines Schiffsantriebs inklusive der Propellerverluste beträgt technisch bedingt höchstens 0,6. Dies bedeutet, dass bestenfalls 60% der mit Hilfe des Hauptantriebs erzeugten Energie in Vortriebsenergie für das Schiff umgesetzt wird. Je niedriger der Wirkungsgrad des Hauptantriebs, desto höher ist die Treibstoffersparnis durch den Einsatz des SkySails-Systems und desto geringer ist dessen Amortisationsdauer. In seinen Kalkulationen rechnet SkySails mit einem Gesamtwirkungsgrad des Schiffsantriebs von 0,6. Dies entspricht einem konservativen Ansatz, da der Gesamtwirkungsgrad in der Praxis oft unter diesem Wert liegt.
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