Hybridantriebslösungen

  • Frequenzumrichter sind bei der Hybridisierung und der Integration von entscheidender Bedeutung  

    Schiffe benötigen auf See und im Dock im Hafen Strom für den Antrieb sowie den durchgehenden Betrieb der Geräte an Bord. Dabei erfolgt der Betrieb von 98 % aller Schiffe immer noch mit Dieselkraftstoff. Aufgrund von strengeren weltweiten Bestimmungen in Bezug auf NOx-Emissionen sind jedoch alternative Kraftstoffe und andere Technologielösungen zu finden. 

    Die Schifffahrt und die Offshore-Industrie suchen nach Möglichkeiten zur Reduzierung ihres Dieselverbrauchs sowie zur Minimierung ihrer Emissionen. 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 Schiffswerften und Schiffen immer stärker in maritime Hybridsysteme, um Konstruktion und Installation flexibler zu gestalten, die Betriebsqualität zu optimieren und die Umweltauswirkungen zu minimieren. Derzeit kann bei allen Schiffstypen, von kleinen Schiffen bis hin zu gewaltigen Flugzeugträgern, Hybridisierungstechnologie zum Einsatz kommen, um eine effizientere und sauberere Leistung zu erzielen. 

    Die Vorteile sind eindeutige Wirtschaftsfaktoren:

    • verbesserte Leistung der Schiffe
    • reduzierte Emissionen
    • geringere Betriebskosten durch einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch
    • geringere Kosten für die Wartung von Dieselmotoren
    • geringeres Geräuschniveau
    • bessere langfristige Effizienz des Stromversorgungssystems

    Wie funktioniert Hybridisierung?

    Die Hybridisierung nutzt Frequenzumrichter in Form von Leistungsumwandlungs- und Netzumrichtertechnologie. VLT® und VACON® Frequenzumrichter kommen bei der hybridisierten Energieerzeugung mit Generatoren zum Einsatz, und hybridisierte 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 Istwerte und Sollwertvorgaben des Betriebs von Hybridschiffen haben gezeigt, dass der Einsatz von Energielösungen aus mehreren Quellen für die 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 können Batterien und kleinere Dieselgeneratoren eingesetzt werden, um die Energie für das Schiff im Leerlauf, während des Manövrierens im Hafen oder des Zurücklegens kurzer Entfernungen bereitzustellen. In ähnlicher Weise lässt sich auch in Bezug auf Fähren während Starts/Stopps und planmäßiger Strecken verfahren. 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.

    Elektrischer Antrieb
    Im Allgemeinen lässt sich das Design von Schiffen mit modernen elektrischen Antriebssystemen, wie Diesel-elektrisch, LNG-elektrisch oder sogar vollständig elektrisch, ganz einfach in eine Hybridlösung umwandeln. Bestenfalls lässt sich ein Schiff nur durch ein zusätzliches paralleles E-Speicherungssystem mithilfe von Batteriestrom betreiben, etwa bei benötigter kurzfristiger Spitzenlast. In einigen Fällen stellt die Verwendung einer Gleichstromverteilung anstelle von oder in Verbindung mit einer traditionellen Wechselstromverteilung die beste Lösung dar.
    Wellengeneratoren
    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, „Power Take Out and Power Take In“ genannt, ist ein elektrisches Zusatzgerät, das 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. 
    Landstromversorgung

    Bei der Verwendung von Frequenzumrichtertechnologie in einer Landstromversorgung können Schiffe saubere Energie aus lokalen Stromnetzen beziehen. Die Hauptgeneratoren des Schiffs können vollständig ausgeschaltet werden, um unnötige NOx- und Kohlenstoffemissionen sowie Lärmbelastung zu vermeiden, während das Schiff im Dock liegt.

    Danfoss Drives bietet VLT® und VACON® Frequenzumrichter und Wechselrichter sowie Lösungen mit geringen Oberschwingungen in Form von 12 Pulse Drive und aktiven Filtern.  Unser Angebot auf dem Gebiet der Leistungsumwandlung basiert auf Active-Front-End (AFE-)Technologie und DC-DC-Umrichtern, falls ein DC-Leistungsanpassungssystem erforderlich ist. Netzumrichter verwenden AFE-Technologie mit einer eigenen Software, um ein AC-Netzverhalten (Mikro-Netz) hervorzurufen und zu steuern. 

    Die E-Speicherungs-/Batterie-/Super-Kondensator-Schnittstelle zu einem AC-Netz oder einem DC-Netz kann eine Netzumrichtertechnologie oder einen DC-DC-Umrichter verwenden, abhängig von der Netzspannung, dem Gleichspannungsverhalten der Batterie und dem Bedarf nach einer Gleichspannungsanpassung.

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