Hybrid-Antrieb Umweltfreundlich und effizient dank Parallel-Hybrid-Antrieb

Elektromotoren erzeugen keine Emissionen und sind nutzerfreundlich. Schiffe, die von Elektromotoren angetrieben werden, sind zudem leise und werden deutlich weniger von Vibrationen erschüttert. Und nicht zuletzt soll ein Parallel-Hybrid-Antrieb auch wirtschaftlich attraktiv sein.

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Oswald Elektromotoren GmbH

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FAULHABER Antriebssysteme

Leroy-Somer

Control Techniques GmbH

Leroy-Somer und Control Techniques beliefern seit vielen Jahren verschiedene Schifffahrts- und Schiffsbauunternehmen. In Zusammenarbeit mit Mayday Electronics haben sie nun ein hochleistungsfähiges Antriebssystem entwickelt, das laut der Hersteller im Bereich der Hybridtechnologie führend ist. Das System wurde für CNB PRO, eine Handelsmarke des französischen Schiffsbauunternehmens Construction Navale Bordeaux (Bénéteau Group) und seinen Kunden Nave VA entwickelt.

Nave VA hat sich auf Reisen in Naturschutzgebiete spezialisiert. daher ist es dem Unternehmen wichtig, umweltschonende Technologien einzusetzen. Daher setzt das Unternehmen nun ein neues Modell des Hybridantriebs CNB PRO 20 für seine Passagierfähren ein. Soll in Häfen oder in Naturschutzgebieten bei niedriger Geschwindigkeit manövriert werden, schaltet die Fähre auf Elektroantrieb um. „Die Stille ist überwältigend“, sagt Eric Brun von Mayday.

Schnelle Amortisation

Im Unterschied zum seriellen Antrieb kann die Größe des Parallel-Hybrid-Antriebs genau auf die gewünschten Anforderungen abgestimmt werden. So kann der Elektromotor in den Schiffen des Unternehmens Nave VA auf einen Betriebsmodus von 6 bis 8 Knoten Geschwindigkeit eingestellt werden. Auf diese Weise ist maximale Effizienz gegeben: Bei langsamer Geschwindigkeit läuft der Elektromotor im optimalen Betriebsbereich. Darüber hinaus ist der Antrieb bei gleicher Reichweite sehr viel leichter. Schließlich können die Verbrennungsmotoren an Bord abgeschaltet werden, wenn die Elektromotoren laufen. „Bei niedrigen Geschwindigkeiten bietet sich ein Einsatz von Dieselantrieben kaum an. Sie sind dann einfach nicht effizient und neigen zu Fouling. Dadurch, dass der Dieselmotor abgeschaltet werden kann, wenn das elektrische Antriebssystem in Betrieb genommen wird, verlängert sich natürlich auch seine Lebensdauer. Bei manchen Anwendungen kommt es sogar zu einer Verdoppelung der Lebensdauer“, erläutert Pierre Lompech von CNB PRO.

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Im Falle der Nave-Fähre bedeutet das, dass der Motor erst nach sechzehn Jahren statt nach acht Jahren ausgetauscht werden muss. Im vorliegenden Fall ist der Austausch der beiden Dieselmotoren genauso teuer wie das elektrische Antriebssystem. „Wenn bei Wende- und Anlegemanövern in Häfen und bei Fahrten mit niedriger Geschwindigkeit ein elektrisches Antriebssystems anstatt der eingebauten Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommt, müssen die Dieselmotoren nicht mehr bei geringer Leistung laufen und arbeiten damit fast immer effizient. Bei Teillastbetrieb kann also eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Wartungskosten erreicht werden. Pro Stunde können 70 Liter Kraftstoff pro Dieselmotor, d.h. 140 l pro Schiff eingespart werden. Wenn man bedenkt, dass ein Elektroantrieb je nach Kapazität der Batterien zwischen 350.000 und 400.000 Euro kostet und Schiffsexkursionen ein saisonales Geschäft sind, ist davon auszugehen, dass sich die Investition in einen Hybrid-Antrieb schon in weniger als vier Saisons rechnen wird. Außerdem steigt gleichzeitig die Lebensdauer der Dieselantriebe und die Wartungsintervalle verlängern sich“, sagt Pierre Lompech. Der Elektroantrieb verfügt, wie das bei Passagierfähren üblich ist, über ein Notfallsystem.

Eine Technologie mit Zukunft

„Heute ist an immer mehr Einsatzorten die Verwendung eines Elektroantriebes vorgeschrieben und zwar nicht nur in Naturschutzgebieten. Vor diesem Hintergrund arbeiten wir an einem Hybridsystem, namentlich an einem Parallel-Hybridsystem, das für Schiffe mit einer Länge von 30 Metern bestens geeignet ist. Es kann jedoch gleichermaßen im regulären Fährbetrieb, auf Verbindungen zwischen zwei Häfen, in der Binnenschifffahrt oder in Freizeitbooten eingesetzt werden“, erläutert Pierre Lompech.

Das Passagierschiff, das an Nave VA geliefert wurde, ist mit zwei 800-PS-Motoren ausgestattet, die im Dieselbetrieb eine Geschwindigkeit von 20 Knoten ermöglichen. Die Maximalgeschwindigkeit bei elektrischem Betrieb beträgt 8 Knoten. Bei einer Fahrgeschwindigkeit von 6 Knoten halten die Batterien 6 bis 8 Stunden. Die Batterien können in maximal 6 Stunden über eine dreiphasige Stromversorgung am Kai oder über den bordeigenen Generator wieder aufgeladen werden.

Motor

Bremsomotoren im Hochleistungs-Design „Flexible Concept“

Teure Batterie-Betriebskosten

„Möglicherweise können Elektroantriebe in Zukunft noch kostengünstiger angeboten werden. Die Batterien brauchen eine Menge Platz und sind mit Betriebskosten von ungefähr 1 Euro pro Wh immer noch ziemlich teuer. Bei einer installierten elektrischen Leistung von 125 kWh machen die Kosten für die Batterien etwa die Hälfte der Gesamtkosten für das Antriebssystem aus. Die restlichen Kosten entstehen durch das mechanische Antriebssystem, die zwei Motoren und die Getriebe. Alle Antriebsteile sind für die Schifffahrt bestens geeignet. Die Motoren und Getriebe werden im Trockendock installiert, die Befestigungen sind aus rostfreiem Stahl, häufig können Einzelteile durch einfache Maßnahmen wie einen Farbanstrich vor den rauen Bedingungen in der Schifffahrt geschützt werden“, erklärt Eric Brun.

„Trotz dieser enormen Vorteile sind besonders in Frankreich bisher nur wenige Parallel-Hybrid-Systeme in Betrieb. Neben den Passagierfähren zählen kleinere Sport- oder Freizeitboote, Superyachten und Militärschiffe zu den typischen Einsatzgebieten“, sagt Eric Brun.

Umrichter

Neue Frequenzumrichter für hohe Drehzahlen

Motor speziell für die Seefahrt ausrüsten

Leroy-Somer und Control Techniques haben sich weltweit auf die Produktion und Lieferung von Antriebslösungen spezialisiert und bieten zahlreiche Produkte an, die speziell für den Einsatz in der Schifffahrt konstruiert wurden.

„Wir haben uns für einen Dyneo-Synchronmotor der Baureihe LSRPM mit Permanentmagneten und einem Drehzahlbereich von 750 min^–1 bis 3000 min^–1 entschieden, da dieser vor allem durch seine hohe Leistungsfähigkeit und seine kompakte Ausführung überzeugen konnte. Wir haben uns auch andere kompakte Motoren angesehen, aber diese benötigten separate Kühlsysteme und dadurch wäre die Installation bei dem begrenzten Platzangebot, das im Maschinenraum zur Verfügung steht, schwierig geworden. Darüber hinaus hat Leroy-Somer angeboten, den Motor speziell für die Seefahrt auszurüsten, indem der ganze Motorblock in ein Aluminiumgehäuse eingebaut wurde, das für diese besonderen Umgebungsbedingungen bestens geeignet ist“, fügt Eric Brun hinzu.

Im Vergleich zu Asynchronmotoren sollen die Synchronmotoren deutlich kleiner und leichter ausfallen. Für die Umrichter der Baureihe Unidrive M garantiert Control Techniques einen geringeren Energieverbrauch sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit und Flexibilität. Auf diese Weise sollen die Gesamtkosten für Installation und Betrieb spürbar verringert werden können. (sh)

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