Die Schifffahrt ist das effzienteste und bei weitem wichtigste Transportmittel im internationalen Handel. Aufgrund des hohen Transportvolumens ist die Schifffahrt trotz der im Vergleich zu anderen Transportmitteln hohen Effzienz beim Gütertransport ein signifikanter Verursacher von CO₂-Emissionen. Steigende Ölpreise sowie verschärfende gesetzliche Regulierungen der Emissionen erfordern zusätzlich Untersuchungen, wie in der Schiffahrt Treibstoff eingespart werden kann. In dieser Arbeit werden die wichtigen Einflussfaktoren auf die Effizienz eines Schiffes im Betrieb analysiert, mit dem Fokus auf Einsparpotentiale im Treibstoffverbrauch und Minderung der Emissionen. Aufgrund der lange Zeit niedrigen Energiekosten in der Schiffahrt und der damit einhergegangenen Vernachlässigung der eingehenden Verbrauchsüberwachung wird ein Bedarf an systematischer Erfassung und Auswertung der Leistungs- und Treibstoffverbräuche in den verschiedenen Betriebsmodi und unter variierenden äußeren Einflussfaktoren festgestellt. Zur Analyse der Energieeffzienz an Bord von Schiffen wird ein modellbasiertes System vorgestellt, das die Effzienz der Energiewandler im Betrieb auswertet und darstellbar macht. Dies kann sowohl mit Echtzeitdaten an Bord, mit gespeicherten Betriebsdaten an Land, als auch mit Design-Vorgaben zur Optimierung der Maschinenanlage erfolgen. Die Grundlagen und der Aufbau der Modelle zur Analyse werden dargestellt. Die erstellten Modelle enthalten sowohl Energiewandler, die Primärenergie in Nutzenergie umwandeln, wie Motoren, als auch solche zur weiteren Umwandlung der Nutzenergie, wie Generatoren. Des Weiteren werden wichtige Verbraucher am Beispiel der Kühlwasserpumpen untersucht. Während bisherige Untersuchungen überwiegend auf der Messung der Treibstoffverbräuche basierten oder diese nicht betrachteten, wird der Treibstoffverbrauch der Motoren anhand der Maschinencharakteristik und der gemessenen Leistung mit zugehörigen Umgebungsbedingungen bestimmt. Die entwickelte Methode ermöglicht darüber hinaus die exergetische Analyse und Optimierung der Maschinenanlage im Betrieb. An Bord eines Containerschiffes wird eine Messkampagne durchgeführt und die Methode und Modelle zur Analyse der Effizienz im Betrieb erfolgreich mit den gesammelten Daten validiert. Weitere Untersuchungen der Messdaten zeigen Verbesserungen durch optimierten Betrieb der vorhandenen Maschinenanlage auf und quantifizieren Einsparungen, die mit partiellem Austausch durch effizientere Maschinen bei dem vorliegenden Lastprofil erreicht werden können.

In the presented work a methodology for holistic acquisition and evaluation of efficiency in energy conversion on board of vessels is developed. Based on onboard measurements for capturing actual operational data in real time and data evaluation using simulation technology, the system evaluates the current energy conversion and efficiency of the vessel. Simulation of machinery components, both energy providers and consumers, are based on system characteristics and can be used in real-time on board as well as in retrospect and for planning ashore. The exergy flows and exergetic losses of the systems are analyzed. Beside power consumption, the actual fuel consumption of a vessel under varying external influences and operational modes is an important indicator. Due to the complex fuel system and high mechanical and thermal loads on these systems on board of vessels, high precision measurement gauges directly at the engines are seldom applied. As an alternative, the developed simulation can provide the real time fuel flow based on system characteristics and measured delivered engine power. This method proved to accurately simulate the fuel consumption with an average deviation of 0.70% at a standard deviation of 1.46% based on reported consumption of vessel logbook, which can be considered within the accuracy of current reporting schemes. The method was successfully applied to vessels in operation. Operational data of more than two years were acquired and evaluated, detecting prior unnoticed wastes of energy and suggesting improvements. Retrofit measures with higher efficient machinery were evaluated regarding the actual saving potentials in current operations of the vessels, the exergy demand and achievable return of investment. With an easily perceivable display of the vessel's energetic status with related recent history and data collection and storage, a tool for supporting crew and shore-based operators with required information for making profound decisions is developed.