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Fischfang mit kompakter CO2-Kälteanlage umweltfreundlich kühlen

Mit einer Länge von 45 Metern ist die „F/V Northern Defender“ von Global Seas einer der Trawler der Flotte, dessen Fang an Land verarbeitet wird. Meistens ist sie vor Alaska, im Beringmeer, unterwegs und fährt den Hafen mit bis zu 340 Tonnen Seelachs wieder an. Damit der Fisch bei den teils mehrtägigen Fahrten frisch bleibt, wird er mit null bis minus ein Grad kaltem Seewasser gekühlt.

Fischfang mit kompakter CO2-Kälteanlage umweltfreundlich kühlen

Im Jahr 2018 war die Kälteanlage des 1979 gebauten Trawlers allerdings in die Jahre gekommen und sollte durch eine neue, effiziente und umweltfreundliche ersetzt werden. Anlagenbauer Highland Refrigeration, der seinen Hauptsitz wie Global Seas in Seattle (Washington, USA) hat, bot der Fischereigesellschaft zwei Lösungen auf Basis natürlicher Kältemittel an: eine Ammoniak-Anlage und ein CO2-System. Steve Schwitters erläutert:

„Beide sind in der Anschaffung etwas teurer als eine Anlage für synthetische Kältemittel. Bezieht man aber die auszugleichenden Verluste an synthetischem Kältemittel ein, was einzuberechnen ist, sieht die Bilanz wieder positiv aus – und das nicht nur in Bezug auf den Klimaschutz.“ Zudem werden synthetische Kältemittel aufgrund des F-Gase-Ausstiegs im Preis steigen. Die für diese Kühlaufgabe ideal geeigneten natürlichen Kältemittel CO2 (GWP=1) oder Ammoniak (GWP=0) hingegen sind langfristig preiswert verfügbar.

Mit Blick auf die Total Cost of Ownership ist ein CO2-System daher wirtschaftlicher als zum Beispiel eins mit dem auf vielen Trawlern genutzten Kältemittel Freon. Unabhängig davon: Global Seas ist ein zukunftsorientiertes Unternehmen und wollte grün werden. Und die Investitionskosten für ein Ammoniak-System wären höher ausgefallen als für eine CO2-Anlage mit rezirkulierendem Seewasser (RSW).

Höherer Betriebsdruck heißt: mehr Leistung auf gleichem Raum
Das Kältemittel CO2 hat sich an Land bereits bewährt; auf Schiffen hingegen wird es bisher noch selten eingesetzt. Das könnte sich aber bald ändern, meint Schwitters. „CO2-Anlagen haben einen großen Vorteil, der auch bei der Northern Defender ausschlaggebend war: Die Anlage ist sehr kompakt und kann bei Schiffsumbauten leicht eingepasst werden.“ Die Kompaktheit trägt außerdem zur Wirtschaftlichkeit bei. Bei gleichen Abmessungen lässt sich mehr Leistung installieren; der kleine Effizienznachteil, den ein CO2-System gegenüber einem mit Ammoniak hat, lässt sich durch eine etwas großzügigere Dimensionierung kompensieren.

Auf der Northern Defender stand zum Beispiel nur ein acht Meter langer, ein Meter breiter und zwei Meter hoher Raum zur Verfügung, um 500 Kilowatt Kälteleistung zu installieren. Der neue CO2-Kaltwassererzeuger, der zirkulierendes Seewasser kühlt, passt hier perfekt, was nicht zuletzt den äußerst kompakten CO2 Verdichtern zu verdanken ist. In der neuen Kälteanlage der Northern Defender arbeiten drei halbhermetische GEA-Bock-Verdichter vom Typ HGX46/345-4 S CO2 T. Sie sind in einer Reihe aufgestellt. Damit sie auch bei Teillast effizient arbeiten, ist jeder Verdichter mit einem Frequenzumformer zur Drehzahlregelung ausgestattet. Diese bieten zudem die Option, mehr Spitzenleistung bei Frequenzen von bis zu 70 Hz abzurufen.

Alle Komponenten auf hohe Haltbarkeit ausgelegt
Alle Komponenten, die mit Seewasser in Berührung kommen, bestehen aus dem sehr korrosionsbeständigen aber teurem Werkstoff Titan. Da die Komponenten kleiner sind als bei herkömmlichen Anlagen, werden die Mehrkosten für das Material, das auch hohen Betriebsdrücken standhält, kompensiert. Schwitters: „Es sind zwar Komponenten für einen höheren Druck erforderlich, aber dafür liefern kostengünstigere, kleinere Wärmetauscher die erforderliche Leistung.“

Zwar arbeitet die Anlage auf der Northern Defender meistens im subkritischen Bereich. Doch die durchgängige Auslegung für hohe Drücke und das Design mit überfluteten Verdampfern bietet zwei Vorteile: Zum einen ist das System auch mit einer einfachen Regelung quasi allen Betriebszuständen von der Volllast im transkritischen Bereich bis zur Teillast nahe dem minimalen Grenzwert gewachsen, ohne dass Flüssigkeitsschläge zu befürchten wären; zum anderen konnte auf einige platzfressende Komponenten, etwa Ausgleichsbehälter, verzichtet werden. „Die CO2-Lösungen von GEA Bock sind ausgereift“, begründet Schwitters die Wahl des Verdichterlieferanten.

„Zudem bietet GEA Bock einen hervorragenden Support, egal ob es um Ersatzteile geht oder um die Unterstützung bei technischen Fragestellungen.“ Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit waren für Global Seas die wichtigsten Entscheidungskriterien, denn ein Ausfall auf See könnte den Fang vieler Tage zunichtemachen. Bislang gab es nur kleine Störungen. Bei der Inbetriebnahme machte sich ein undichtes Sicherheitsventil bemerkbar und einer der Frequenzumformer war zwischenzeitlich defekt – beides hat das Fischen in keiner Weise beeinträchtigt. Und die CO2-Verfügbarkeit wird immer besser, da immer mehr Systeme in Betrieb genommen werden.

CO2-Anlagen sind eine platzsparende und klimafreundliche Alternative
Nicht zuletzt wegen der guten Erfahrungen bei diesem Projekt und bei Folgeaufträgen bietet Highland Refrigeration nun verstärkt CO2-Kälteanlagen für Schiffe an. „Dank der GEA-Bock-Verdichter können wir Anlagen von etwa 100 Kilowatt Kälteleistung bis ca. tausend Kilowatt anbieten. Wir bieten ein 200-kW-System auf Basis eines einzigen Kompressors, das kostenmäßig mit bestehenden Freon-Systemen mithalten kann. Diese Systeme sind ideal für alle, die ihre Kältetechnik auf natürliche Kältemittel umstellen möchten und kein Ammoniak an Bord wünschen oder keinen Platz für größere Verdichter und Anlagen haben.“

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