Der elektrisch betriebene Hauptantrieb bietet viel Freiheit bei der Konzeptionierung von Schiffen, welche sich viel effizienter konstruieren lassen, da die traditionellen Einschränkungen bei der Auslegung der Ausrüstung aufgrund mechanischer Einschränkungen hier entfallen.
Vorteile des elektrischen Antriebs:
Im Allgemeinen lässt sich das Design von Schiffen mit modernen elektrischen Antriebssystemen, wie dieselelektrisch, LNG-elektrisch oder sogar vollständig elektrisch, ganz einfach in eine Hybridlösung umwandeln. Im besten Fall lässt sich ein Schiff nur durch ein zusätzliches paralleles E-Speicherungssystem mit Batterieunterstützung betreiben, etwa bei kurzfristig benötigter Spitzenlast. In einigen Fällen stellt die Verwendung einer Gleichstromverteilung anstelle von oder in Verbindung mit einer traditionellen Wechselstromverteilung die beste Lösung dar.
Mit Zulassungen von neun Klassifizierungsgesellschaften verfügen die Lösungen von Danfoss Drives für die Schiffs- und Offshore-Industrie über die meisten Typenzulassungen: DNV-GL, ABS, Bureau Veritas, Korean Register, CCS, RINA, Lloyds Register, RMRS und Klasse NK.
Somit haben Sie die bestmögliche Auswahl, wenn Sie einen Frequenzumrichter für Ihre Schiffsanwendung suchen.
Viele Langstreckenschiffe haben immer noch einen direkten Dieselantrieb und überhaupt kein elektrisches Antriebssystem. Diese Schiffe können durch das Einfügen eines Wellengenerators/-motors zwischen Schiffsschraube und Hauptmotor die Effizienz verbessern und die Nutzleistung des Hauptmotors und ihre Emissionen optimieren. Diese Lösung mit der Bezeichnung „Power Take Out and Power Take In“ (PTO/PTI) ist eine zusätzliche elektrische Baugruppe, die die Effizienz des Schiffs verbessert und sogar die Voraussetzungen für eine Hybridisierung schafft. In Hybridschiffen ermöglicht ein Wellengenerator/-motor mit Frequenzumrichtertechnologie eine optimale Steuerung der Antriebsmaschinen bei unterschiedlichen Drehzahlen, was Energie spart.
Frequenzumrichter spielen eine Schlüsselrolle bei der Hybridisierung und Integration und bieten Antworten für Schifffahrt und Offshore-Anwendungen, die nach Möglichkeiten suchen, den Verbrauch von Dieselöl zu senken und Emissionen zu minimieren. Bereits jetzt kommen vermehrt sauberere Kraftstoffe wie Flüssigerdgas (LNG) zum Einsatz. In der Zukunft werden wir vollständig elektrisch angetriebene Schiffe erleben. In der Zwischenzeit investieren die Eigentümer von Werften und Schiffen immer stärker in maritime Hybridsysteme, um Konstruktion und Installation flexibler zu gestalten, die Betriebsqualität zu optimieren und die Beeinträchtigung der Umwelt zu minimieren. Bei vielen Schiffstypen, von kleinen Schiffen bis hin zu gewaltigen Flugzeugträgern, kann Hybridisierungstechnologie zum Einsatz kommen, um eine effizientere und sauberere Leistung zu erzielen.
Die Vorteile sind eindeutige Wirtschaftsfaktoren:
Die Hybridisierung nutzt Frequenzumrichter zur Leistungsumwandlung und Netzerzeugung. VACON®-Frequenzumrichter kommen bei der hybriden Energieerzeugung mit Generatoren zum Einsatz, und bei hybriden Lasten, etwa bei Antriebsmaschinen und Kränen.
Hybridschiffe funktionieren mithilfe von zwei oder mehr Stromquellen: Hier erfolgt in der Regel die Kombination von Hauptmotoren und Generatoren mit einer integrierten Energiespeicherung in Form von Batterien oder Super-Kondensatoren. Dahinter steht die Absicht, zunächst die Energieerzeugung zu hybridisieren, um die Optimierung der Hauptmotoren zu erleichtern, und danach alle Maschinen zu hybridisieren, die Energie verbrauchen, um das Maschinenverhalten zu optimieren.
Die Schifffahrt und die Offshore-Industrie haben das Potenzial des Einsatzes von Hybridleistung und innovativer Antriebssysteme erkannt. Sie senken Emissionen, verbessern den Kraftstoffverbrauch und verlängern gleichzeitig die Wartungsintervalle und die Lebensdauer der Motoren. Mithilfe von Hybridlösungen ist es sogar möglich, kleinere Motoren einzusetzen und so Investitionskosten und Platz an Bord einzusparen.
Bei der Energieerzeugung manifestiert sich Flexibilität in Form von Zeit. Das Speichern von Energie verschafft der Energieerzeugung Zeit, um optimal auf Änderungen der Lastbedingungen reagieren zu können. Was die Last betrifft, ist die Belastung nicht von der Erzeugung abhängig und zeitlich konstant.
Geprüfte Rückmeldungen und Designvorgaben zum Betrieb von Hybridschiffen haben gezeigt, dass der Einsatz von Energieeinspeisung aus mehreren Quellen zur Energieversorgung von Schiffen den Kraftstoffverbrauch um 20-30 % senken kann. Sie können entscheiden, den Dieselmotor anzuhalten, und auf Batteriebetrieb oder einen kleineren Generator umschalten, oder Sie können die Batterie oder den Generator trennen und den Motor wieder starten.
Bei speziellen Schiffe wie etwa Schleppern und Hilfsschiffen läuft während eines großen Teils ihres Betriebs der Hauptmotor im Leerlauf. Die Schiffe sind einsatzbereit, aber der Antrieb benötigt keine Leistung. Bei Hybridlösungen lassen sich Batterien und kleinere Dieselgeneratoren einsetzen, um die Energie für das Schiff im Leerlauf, während des Manövrierens im Hafen oder beim Zurücklegen kurzer Strecken bereitzustellen. Vergleichbares ist auch für Fähren während Starts/Stopps und planmäßigen Strecken möglich. Für die dynamische Positionierung lassen sich Batterien verwenden, um Leistung für den Antrieb zu liefern, bis der zusätzliche Hauptmotor startet und beschleunigt, um langfristig Leistung für den Antrieb zu liefern.
Von einem Strahlruder erwartet man präzise Manövrierfähigkeit auf allen Meeren, und genau das liefern Danfoss-Frequenzumrichter mit ihren hohen Drehmomenten und ihrer schnellen, präzisen Leistungsabgabe.
Die durch Danfoss-Frequenzumrichter drehzahlgeregelten Schiffsschrauben mit fester Steigung sind normalerweise um 20-30 % energieeffizienter als Schiffsschrauben mit fester Drehzahl und variabler Steigung, da letztere rund 20 % der Energie bei null Vorschub verschwenden.
Frequenzgeregelte Schiffsschrauben mit variabler Drehzahl verbrauchen 50 % weniger Energie als hydraulische Schiffsschrauben mit variabler Drehzahl. Dank einer speziellen Motor-Vorheizung entfällt die Notwendigkeit einer Anti-Kondensationsheizung.
Elektrisch gesteuerte Azimuth-Strahlruder ermöglichen eine präzisere Steuerung und reagieren schneller als hydraulische Steuersysteme. Mindestens zwei parallele Motoren und Umrichter sind immer im Einsatz. Wenn eine Kombination stoppt, bleibt das Steuersystem weiterhin in Betrieb.
Mit variabler Drehzahlregelung ist es möglich, eine genaue Positionierung der Ruder zu erreichen, was ein präzises analoges Kontrollsystem ermöglicht. Bei Drehflügel-Ruderanlagen mit umkehrbaren Hydraulikpumpen ändern VLT®- oder VACON®-Frequenzumrichter Drehzahl und Richtung, wobei sie Energie sparen, weil sie nur dann laufen, wenn das Schiff seinen Kurs ändert.
Eine Nachrüstung mit einem dieselelektrischen Hybridantrieb hat sich bei einem Binnenschiff für Trockenfracht-Massengüter schnell bezahlt gemacht.
Lesen Sie das Anwendungsbeispiel
Die VACON® NXP Air Cooled Frequenzumrichter bieten Präzision und Leistungsstärke für Anwendungen, die eine robuste und dynamische Leistung erfordern. Sie sind in einem kompletten Leistungsbereich von bis zu 2 MW in Form von wandmontierten, in Schaltschränke eingebaute oder IP00-Modulen erhältlich.
Der VLT® Der VLT® AutomationDrive FC 301/FC 302 ist für die variable Drehzahlregelung aller Asynchronmotoren und Permanentmagnetmotoren konzipiert. Er ist in Standardversion (FC 301) sowie in einer erweiterten, hochdynamischen Version (FC 302) mit zusätzlichen Funktionen erhältlich.
Für die bewährte VLT® AutomationDrive-Serie stehen eine Vielzahl von Maßzeichnungen, 3D-Zeichnungen und Eplan-Makros bereit. Darüber lässt sich der FC 302 schnell und einfach in die technische Dokumentation und die technischen Schalt- und Konstruktionspläne integrieren. Dies spart nicht nur OEM Zeit und Geld bei der Anlagenentwicklung.
VACON® NXP Liquid Cooled Enclosed Drives sind in ein stabiles Gehäuse integriert, was einen Einsatz auch unter rauesten Bedingungen möglich macht. Dank der hohen Schutzart (IP54) ist ein Einsatz dieser Antriebe fast überall in Werksanlagen oder auf Schiffen möglich. Aktive Front-End- (NXA), nicht regenerative Front-End- (NXN), Brake Chopper- (NXB) und Inverter- (NXI) Konfigurationen sind verfügbar.
FINNLAND: Die Fracht- und Passagierfähre Aurora Botnia ist mit einem hybridelektrischen Antriebssystem ausgestattet, das flüssiggekühlte Danfoss iC7-Frequenzumrichter nutzt.
Die Telstar spart 20 % der Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen Schleppern.
Passagierfähren überqueren den Fluss IJ in Amsterdam und gewährleisten die Anbindung der Stadt rund um die Uhr. Der Hybridantrieb mit VACON®-Frequenzumrichtern sorgt für Verfügbarkeit rund um die Uhr, kleinere Generatoren, bessere Luftqualität, weniger Lärm und einfachere Manövrierbarkeit der Schiffe.
Im Jahr 2009 nahm Viking River Cruises die MS Viking Legend in Betrieb, das weltweit erste Flusskreuzfahrtschiff mit einem Energie- und Antriebssystem auf Basis eines hocheffizienten DC-Bus-Systems. Seitdem haben sie eine Flotte von mehr als 50 Hybridschiffen aufgebaut.
Für das auf den Transport von Trockengut spezialisierte Schifffahrtsunternehmen der Familie Vranken, deren Binnenfrachtschiffe auf der Rheinroute verkehren, war die Umstellung auf Hybridantrieb ein mutiger Schritt vorwärts. Durch das innovative dieselelektrische Antriebssystem sind die Betriebskosten auf ein Minimum gesunken und die Investition hat sich schnell ausgezahlt.
An Bord der MS Nadorias ist das enorme Potenzial des Wandels hin zum Hybridantrieb keine Vision mehr, sondern Realität. Eine Hybrid-Nachrüstung hat diesem Binnencontainerfrachter Einsparungen von ganzen 15 % nicht nur beim Treibstoff, sondern auch beim CO2-Ausstoß ermöglicht. Da der Hauptdieselmotor jetzt viel weniger läuft, punktet die MS Nadorias verglichen mit ihrem identischen Schwesterschiff nun mit 60 % weniger Wartungskosten und deutlich längerer Betriebszeit.
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