Aufrufe
vor 1 Jahr

antriebstechnik 11/2018

antriebstechnik 11/2018

UMRICHTERTECHNIK Hybride

UMRICHTERTECHNIK Hybride Antriebslösungen für Amsterdamer Fähren Sicheres DC-Netz dank Frequenzumrichter plus neuer Schutzabschaltung DCGuard Hybride Antriebsysteme für Anwendungen in der Schifffahrt machen sich meist schnell bezahlt, schonen die Umwelt und punkten mit weniger Lärm. Zwei mit einem dieselelektrischen Hybridsystem ausgerüstete Fähren in Amsterdam zeigen, wie das geht. Der durch Amsterdam verlaufende und durch einen Damm abgetrennte ehemalige Meeresarm IJ ist einer der meistbefahrenen niederländischen Wasserwege: Er trennt die Kernstadt und Amsterdam Nord voneinander. Jeden Tag überqueren zahlreiche Passagiere das IJ mit Fahrrädern, Mopeds oder zu Fuß mithilfe von sechs kostenlosen Fährverbindungen, die von der öffentlichen Verkehrsgesellschaft von Amsterdam, der GVB, betrieben werden. Die Verkehrsgesellschaft verfolgt den Grundsatz, die Emissionen und Umweltbelastung durch seine Fähren, Straßenbahnen, Busse und Autos auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Als das Unternehmen zwei neue Fähren bei Holland Shipyard bestellte, entschied sich GVB deswegen für den Einsatz von Schiffen mit Hybridtechnologie plus Akkus, um den Kraftstoffverbrauch zu senken und die Umweltbelastung zu minimieren. Die Fähren sind rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr in Betrieb. Eine Überfahrt über das IJ dauert ungefähr vier Minuten. Die Fähren legen für zwei Minuten an, bevor sie zur nächsten Fahrt ablegen. Aufgrund der kurzen Anlegezeit war eine rein elektrisch betriebene Fähre in der Praxis nicht umsetzbar. Denn die Zeit am Dock würde nicht ausreichen, um die Akkus über eine Landstromversorgung wieder aufzuladen. Die GVB entschied daraufhin, einen Elektroantrieb mit Dieselgeneratoren sowie Lithium-Ionen-Akkus zum Abfangen von Leistungsspitzen zu verwenden. Hybridelektrische Systeme optimieren die betriebliche Leistung von Schiffen im Hinblick auf den Energieverbrauch und minimieren so die Umweltbelastung. Hybridschiffe fahren mit mehreren Energiequellen; im Fall der neuen IJ-Fähren ist dies eine Kombination aus vier identischen Dieselgeneratoren und Akkus mit Vacon-Frequenzumrichtern plus Elektroantrieb. Das Energieerzeugungssystem ist hybridisiert, um Lastspitzen im Betrieb zu puffern: Statt wie früher Antriebsmaschinen sowie Generatoren für den maximalen Lastfall zu dimensionieren, werden nun kleinere Dieselgeneratoren genutzt. Diese operieren bei konstanter Last im optimalen Bereich die Spitzenlast und beim Beschleunigen deckt die E-Maschine durch den kurzzeitigen Einsatz in den Akkus die gespeicherte Helge Vandel Jensen ist Senior Business Development Manager Power & Energy bei Danfoss Drives in Graasten, Dänemark 36 antriebstechnik 11/2018

UMRICHTERTECHNIK Energie ab. Im Regelbetrieb werden diese wieder geladen, sodass der Lade zustand der Akkus immer nur um ein paar Prozent schwankt. Eine solche Lösung senkt den Kraftstoffverbrauch von Schiffen um rund 20 bis 30 %. Ein Höchstmaß an Sicherheit Die Stadt Amsterdam betrachtet die Fähren als „schwimmende Brücken“, welche den Norden von Amsterdam mit dem Süden der Stadt verbinden. Die Fahrt auf den Fähren ist für die Passagiere gebührenfrei. Das DC-Netz an Bord ist aus Sicherheitsgründen redundant ausgelegt, d. h. es sind zwei Teile, die komplett eigenständig arbeiten können. Die Integration solcher elektrischer Systeme an Bord ist anspruchsvoll und das Zusammenspiel der Bestandteile nicht einfach zu meistern. Vor allem der Kurzschluss-Schutz erwies sich als Herausforderung: DC-Netze können zwar in Bezug auf Systemverluste energieeffizient sein, aber ein Kurzschlussstrom in einem AC- System ist einfacher zu beherrschen als ein Kurzschluss in einem DC-Netz. Verwendet man hier einen traditionellen, langsamen Leistungsschalter, kann sich ein Lichtbogen im Leistungsschalter bilden. Um dieses Problem zu lösen, hat Danfoss ein neues Produkt entwickelt: Das Kurzschluss- Schutzsystem vom Typ Vacon-DCGuard. Das Gerät ermöglicht ausschließlich in Verbindung mit Vacon-Umrichtern ein schnelles Abschalten von DC-Netzen in Mikrosekunden. Dadurch wird die Anforderung an Marinelösungen, dass ein Fehler in einem Teil des Systems keinen Einfluss auf das ganze System haben darf, erfüllt. Bislang gab es so etwas nicht als Standardkomponente auf dem Markt. Der Vacon- DCGuard ist ein Halbleiterschutzgerät, das alle fehlerhaften DC-Ströme erkennen, abschalten und den fehlerhaften Teil des Systems in Mikrosekunden isolieren kann. Im Falle eines Kurzschlusses trennt DCGuard den fehlerhaften Teil des DC-Netzes vom gesunden, das verbleibende Netz bleibt voll funktionsfähig. Das Halbleiterschutzgerät reagiert so schnell, dass beim Auslösen nicht einmal ein Flackern der Beleuchtung im „gesunden“ Teil des Netzes wahrgenommen wird. Das Gerät besitzt bereits eine Marine-Typgenehmigung von DNV-GL und deckt die komplette Palette von 3 bis 4 140 A ab. Die Typgenehmigung ist wichtig, da es bis heute keine relevanten Normen für eine solche Anwendung wie DCGuard gibt. Hybridlösung verbessert Luftqualität … Als weitere Maßnahme zur Verringerung der Umweltbelastung in der Amsterdamer Innenstadt sind die Dieselaggregate mit leistungsstarken Abgasreinigungssystemen ausgestattet, auch als SCR (Selective Catalytic Reactor) bekannt, die toxische Gase und Partikel entfernen. Die IJ-Fähren 60 und 61 erfüllen dadurch bereits heute die verschärften Schadstoffvorschriften, die ab 2019/2020 in Kraft treten. Dies trägt zur Verbesserung der Luftqualität bei, zudem emittieren die Fähren weniger Schall als die Vorgänger. ... und Manövrierbarkeit Auch die Skipper sind mit den neuen Fähren zufrieden: Sie lassen sich genauso einfach bedienen wie die konventionellen Schwesterschiffe mit Dieselantrieb, sind dabei aber viel leiser. Aufgrund des niedrigen Geräuschniveaus ist die Fahrt für Passagiere und Besatzung angenehmer als auf den bisherigen Fähren. Bei normalen Wetterbedingungen laufen zwei Generatoren bei konstanter Last. Die Akkus werden geladen, wenn die Fähren nicht oder mit niedriger Drehzahl fahren. Wenn die Schiffe beschleunigen, liefern die Akkus die Spitzenleistung. Im Akkumodus bei ausgeschalteten Generatoren könnten die Fähren zehn bis elf Mal hin- und zurückfahren, was einem etwa einstündigen Betrieb entspricht. Unter normalen Bedingungen bei laufenden Generatoren steigt und fällt der Ladestand der Akkus bei einer Fahrt hin und zurück nur um wenige Prozentpunkte. Fazit Die GVB ist mit der Lösung zufrieden und hat bereits entschieden, bei der nächsten Neuanschaffung von Fähren auf dieselbe Hybridlösung zu setzen. Durch die Kombination der Diesel als Generatorsatz mit elektrischem Hauptantrieb sowie einem starken Akku als Puffer, ist eine leise und umweltfreundliche Lösung entstanden. Dieser Aspekt ist durch die Innenstadtlage wichtig, da die Fähren an 365 Tagen rund um die Uhr alle paar Minuten fahren. Fotos: Danfoss www.danfoss.de 01 Jeder Maschinenraum ist mit jeweils zwei Generatoren ausgestattet (insgesamt vier Generatoren) 02 Das Solfic SCR-Abgasreinigungssystem entfernt toxische Gase und Partikel 03 Das Li-Ion EST-Floattech-Akkusystem mit 2 × 68 kWh Leistung und Akkumanagementsystem antriebstechnik 11/2018 37

Aktuelle Ausgabe

Aktuelle Ausgabe