Energieeffizienz: Elektroantriebe und Gleichstrom - ABB Oy Marine

>> Mit zwei Neuerungen erhöht ABB die Energieefizienz bei Schiffen. Mit dem Azipod-Antriebssystem kann die Effizienz von Schiffen um bis zu 15 Prozent gesteigert werden. Ein neues Konzept zur Stromverteilung basiert auf Gleichstrom, welches die Ineffizienzen der Wechselstrom-Systeme überwindet.

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ari. Nahezu 80 Prozent des weltweiten Handels wird dem Volumen nach auf dem Seeweg transportiert. Der weltweite Handelsboom der letzten zehn Jahre hat dazu geführt, dass die CO₂-Emissionen in dieser Branche mehr als drei Prozent der weltweiten Emissionen ausmachen. Dies ist vergleichbar mit dem CO₂-Ausstoss einer grossen Volkswirtschaft. Jetzt zeigt ABB zwei Lösungen, mit denen die Energieeffizienz von Schiffen gesteigert werden kann: zum einen das Azipod-Antriebssystem – ein elektrisch betriebener Propeller auf einer steuerbaren Gondel (engl. «pod») – und zum anderen ein neues Konzept für die Stromverteilung an Bord, das auf Gleichstrom (DC) und nicht auf herkömmlichem Wechselstrom (AC) basiert.

Effizienzsteigerung von bis zu 15 Prozent

Im Laufe der Jahre hat sich das Azipod-System nicht nur dank seiner hohen Manövrierbarkeit, kurzer Ansprechzeiten und seines reibungslosen und geräuscharmen Betriebs einen Namen gemacht, sondern auch aufgrund seiner höheren Effizienz und geringerer Emissionen. Das Azipod-System ist wohl das umweltfreundlichste Antriebssystem, das heute auf dem Markt erhältlich ist. Im Vergleich zu Schwesternschiffen mit herkömmlichen Antriebssystemen konnten Schiffe mit Azipod-Antrieben von ABB auf denselben Transportstrecken 55 000 Liter Heizöl pro Woche einsparen und ihren Ölverbrauch somit erheblich senken. Gegenüber konventionellen Antriebssystemen mit elektrischer Welle kann die Effizienz sogar um 10 bis 15 Prozent gesteigert werden.

Die Gondel wird im Rumpf des Schiffes angebracht und ist um ihre senkrechte Achse frei drehbar, womit die Schubkraft in jede beliebige Richtung gelenkt werden kann. Dadurch kann auf Ruder, Querstrahlruder am Heck oder lange Wellen im Schiffsrumpf verzichtet werden. Die hohe Manövrierbarkeit des Schiffes sorgt für eine bessere Betriebssicherheit.

Kontrarotierendes System mit fester Gondel

Um diese Energieeinsparungen auch auf Frachtschiffen zu ermöglichen, entwickelt ABB ein völlig neues Antriebskonzept. Dieses besteht aus einer festen, nicht drehbaren und elektrisch betriebenen Gondel, die direkt hinter dem Festpropeller mit Direktantrieb angebracht wird und an der Rückseite mit einem separaten Steuerruder ausgestattet ist. Das neue kontrarotierende System namens Rudderpod TM CRP soll die Antriebseffizienz um rund sieben Prozent steigern. Bei leistungsstarken Frachtschiffen ermöglicht dies eine beträchtliche Senkung des Treibstoffverbrauchs und deutlich geringere Abgase.

Diese Vorteile machen den elektrischen Pod-Antrieb für Schiffsbetreiber attraktiv und dienten ABB als Ansporn für die Weiterentwicklung des elektrischen Schiffantriebs. So hat ABB ein effizienteres Gleichstromsystem (DC) entwickelt, das als Gleichstrom-Bordsystem bezeichnet wird und die herkömmlichen Wechselstrom-Energieverteilungssysteme (AC) auf Schiffen ersetzen soll.

Bessere Alternative: Gleichstrom

Das System ist Teil einer Gleichstrom-Renaissance die derzeit im Bereich Energietechnik stattfindet. Dabei werden die früheren Anwendungsgrenzen von Gleichstromsystemen durch den Einsatz moderner Technik gesprengt. Da die Ineffizienzen von Wechselstrom-Energieverteilungssystemen – wie sie heute auf Schiffen üblich sind – überwunden werden, stellen Gleichstromsysteme nicht nur eine ebenbürtige Alternative dar, sondern bieten letztendlich das bessere System. Gleichstromsysteme sorgen bei der Energieverteilung und beim elektrischen Antrieb für ein Höchstmass an Effizienz und können auf unterschiedlichen Schiffstypen eingesetzt werden: von Offshore-Hilfsschiffen über Fähren und Passagierschiffe bis hin zu Containerschiffen.

Sie wurden anfänglich für Schiffe mit Niederspannungssystemen entwickelt, um Treibstoffverbrauch und Emissionen um bis zu 20 Prozent zu senken. In Schiffen mit konventionellen elektrischen Antriebssystemen werden vom Wechselstromkreis mehrere Gleichstromanschlüsse an die Strahlruder und Antriebssysteme gelegt, die für über 80 Prozent des Stromverbrauchs verantwortlich sind.

Einsparung von Platz und Gewicht

Das Gleichstrom-Bordsystem von ABB ist direkt mit allem Gleichstromleitungen verbunden und verteilt die Energie über einen einzigen Gleichstromkreis (1000 V). Damit werden keine Wechselstrom-Schaltanlagen und Hochleistungstransformatoren benötigt. Somit werden Platzbedarf und Gewicht um bis zu 30 Prozent reduziert, sodass die Schiffe mehr Fracht aufnehmen können. Auch die Anbringung elektrischer Anlagen wird flexibler gestaltet, da das elektrische System an die Arbeitsweise des Schiffes angepasst wird und nicht andersrum.

Einer der grössten Vorteile von Gleichstromsystemen liegt darin, dass die Schiffsmotoren nicht kontinuierlich auf einer bestimmten Geschwindigkeit laufen müssen und die Drehzahl des Motors so eingestellt werden kann, dass der Treibstoffverbrauch optimiert wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Wechselstromsystemen kann die operative Effizienz von Schiffen um bis zu zehn Prozent gesteigert werden.

Gleichstrom ermöglicht hybride Energiesysteme

Darüber hinaus ermöglicht das Gleichstrom-Bordsystem von ABB die Anbringung weiterer Gleichstromquellen, wie Solaranlagen, Brennstoffzellen, Super-Kondensatoren oder Batterien. Diese werden direkt an das Gleichstromnetz des Schiffes angeschlossen und führen zu einer weiteren Senkung des Treibstoffverbrauchs. ABB ist davon überzeugt, dass hybride Energiesysteme bei den Schiffskonzepten der nächsten Generation eine immer wichtigere Rolle spielen werden und dass Batterien oder andere Energiespeicher zum Einsatz kommen, um bei Bedarf kurze und höhere Strompulse abzugeben.

«Unser Ziel besteht darin, bis Mitte 2012 das erste Gleichstromsystem an Bord eines Schiffes zu installieren», sagte Jostein Bogen, Projektleiter für die Gleichstrom-Bordsysteme von ABB. «Damit vollziehen wir einen Meilenstein in der Entwicklung von Schiffen, die sich durch eine noch höhere Flexibilität, Energieeffizienz und Leistung auszeichnen.» <<

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