Intelligentes Power-Management-System von Baumüller macht Redundanz überflüssig und spart zusätzlichen Treibstoff
Dieselgeneratoren und Elektromotoren sind eine gelungene Kombination hin zu mehr Umweltschutz und Kraftstoffeinsparungen. Wird der dieselelektrische Hybridantrieb dann auch noch von einem intelligenten Power-Management-System gesteuert, kann sogar noch das, normalerweise gesetzlich vorgeschriebene, redundante System eingespart werden.
Die Wasserstraße auf dem Rhein zwischen Xanten-Obermörmter und Kleve-Bimmen für Binnenschiffe verkehrssicher zu halten, zählt zu den Hauptaufgaben des Wasserstraßen- und Schifffahrtsamts (WSA) Rhein im Außenbezirk Emmerich. Konkret bedeutet dies, sowohl auf dem Wasser als auch auf dem Land Schifffahrtszeichen zu setzen, an dem sich die Schiffe orientieren können. Zum Arbeitsalltag gehört aber beispielsweise auch, den Fluss nach stürmischem Wetter von Treibgut zu befreien, Hindernisse aus der Wasserstraße zu bergen oder bei Schiffsunfällen die Havarieabwicklung zu koordinieren.
Um diese Aufgaben auch weiterhin wirtschaftlich umzusetzen zu können, musste das Vorgängerschiff nach 29 Dienstjahren ersetzt werden. Abgelöst wurde die VSS Grieth durch ein effizientes und umweltfreundliches Schiff mit dieselelektrischem Antrieb und einem von Baumüller entwickelten intelligenten Power-Management-System.
Das WSA beauftragte für den Bau des neuen Verkehrssicherungsschiffes VSS Emmerich, nach einer öffentlichen Ausschreibung, die Schiffswerft Bolle in Derben. Diese beauftragte die Zoller GmbH aus Elmshorn mit der kompletten elektrotechnischen Ausrüstung. Während sich Zoller um die Bordnetz-Ausstattung kümmerte, übernahm die Baumüller Anlagen-Systemtechnik, in enger Zusammenarbeit mit allen Partnern, das komplette Engineering des Antriebssystems. Die Baumüller-Tochter lieferte dabei das dieselelektrische Antriebssystem, die Schaltschränke und die Software für das Energiemanagement an Bord.
Die VSS Emmerich wurde mit viel Liebe zum Detail entwickelt. Neben dem Know-how der Lieferanten ist viel Erfahrung von Seiten des WSA Rhein und des Schiffführers Rex Herentrey eingeflossen. Das Schiff dient deshalb auch als Prototyp für weitere Fahrzeuge des WSA Rhein.
VSS Emmerich: Dieselelektrische Hybridantrieb mit intelligentem Power-Management-System BAS-PCS
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Mehr Effizienz durch elektrischen Antrieb mit Dieselgeneratoren
Der Maschinenraum der VSS Emmerich: Die Dieselmotoren fungieren lediglich als Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie und werden im optimalen Wirkungsgrad betrieben. Das Schiff wird über zwei Antriebspropeller angetrieben, die von zwei Elektromotoren bewegt werden
Die VSS Emmerich verfügt über ein dieselelektrisches Antriebssystem mit intelligentem Power-Management-System. Zwei Dieselgeneratoren mit einer Leistung von je 294 kW stellen den Strom für die beiden E-Antriebsmotoren, das Bugstrahlruder und die Bordelektronik bereit. Die Dieselmotoren wirken im Antriebssystem der VSS Emmerich nur noch als Generatoren. Der Vorteil: Sie sind als solche nicht mehr den Leistungsspitzen ausgesetzt, wie es beim direkten Einsatz als Fahrantrieb der Fall wäre. Dadurch werden die Dieselmotoren stets im optimalen Wirkungsgrad betrieben und können von Anfang an kleiner ausfallen. Da die Dieselgeneratoren nur für die Stromerzeugung eingesetzt werden, sind sie zudem flexibel verortbar und müssen nicht am Schottelstrang ansetzen. Diese Ortsunabhängigkeit sorgt im Maschinenraum für eine platzsparende Anordnung und gute Gewichtsverteilung im Schiff.
Angetrieben wird das Verkehrssicherungsschiff über zwei Antriebspropeller, die von zwei Elektromotoren mit je 210 kW bewegt werden.
Durch die Kombination der Diesel- und Elektromotoren spart der Betreiber deutlich Treibstoff ein und das System stößt durch den geringeren Kraftstoffeinsatz weniger Schadstoffe aus als die Antriebe des rein dieselbetriebenen Vorgängermodells. Die VSS Emmerich ist das erste dieselelektrische Verkehrssicherungsschiff in der Flotte des WSA Rhein, dass die Abgasnorm der EU-Stufe 5 gemäß NRMM-Verordnung (Non-Road Mobile Machinery) für Binnenschiffe erfüllt.
Hoch manövrierfähig und auf der Stelle drehbar
Das hybride Antriebskonzept der VSS Emmerich bietet neben dem geringeren Schadstoffausstoß und der Treibstoffeinsparung noch einen weiteren Vorteil bei der Manövrierfähigkeit. Die zwei Ruderpropeller und das Bugstrahlruder werden durch Elektromotoren bewegt. Diese haben die Eigenschaft, im Gegensatz zu Dieselmotoren, unmittelbar auf Anpassungen bei Drehzahl und Drehmoment zu reagieren, was wiederum dem An- und Ablegen sowie dem Manövrieren zugutekommt. Das Fahrzeug kann somit problemlos in jede Richtung bewegt und auf der Stelle gedreht werden. Eine wichtige Eigenschaft im Arbeitsalltag des Verkehrssicherungsschiffes, das u.a. bei der Bergung von Schifffahrtshindernissen aus dem Fahrwasser und in den Buhnenfeldern auf kleinem Raum beweglich sein muss.
Zusätzlich reduziert die Laufruhe der Elektromotoren die Vibration und die Lärmbelastung, was das Arbeiten auf dem neuen Schiff für die Besatzung wesentlich angenehmer macht.
Hoch manövrierfähig: Der direkte Antrieb durch Elektromotoren bringt neben dem geringeren Schadstoffausstoß und der Treibstoffeinsparung auch eine besonders gute Manövrierfähigkeit mit sich
Intelligentes Power-Management-System BAS-PCS: Zulassung mit nur einem Dieselgenerator
Ein technisches Highlight am Antriebskonzept der VSS Emmerich ist das intelligente Power-Management-System BAS-PCS, das die bedarfsgerechte Leistungsabgabe der Dieselgeneratoren regelt. Die Software dafür wurde eigens von Baumüller programmiert. Die Drehzahl der Motoren wird damit so angepasst, dass genau die Energie erzeugt wird, die das Schiff aktuell braucht. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug beispielsweise in moderater Marschfahrt nur mit einem Generator angetrieben wird. Ist eine schnellere Fahrt nötig oder muss ein Manöver gefahren werden, schaltet sich sekundenschnell automatisch der zweite Generator zu. Die Software regelt das Zuschalten des zweiten Motors in einer Schnelligkeit, dass nicht permanent zwei Motoren laufen müssen und damit kein redundantes System erforderlich ist. Die VSS Emmerich hat dank des smarten Power-Management-Systems die Zulassung bekommen, dass nur ein Dieselaggregat im Betrieb laufen muss. Dadurch konnte weiterer Kraftstoff einspart werden. Sollte in Not-Situationen schnell die maximale Leistung zur Verfügung stehen müssen, wird dies vom System erkannt und zur Verfügung gestellt.
Weiterhin übernimmt das Power-Management-System die Synchronisation zum Landnetz, wenn das Schiff anlegt, so dass das Schiff mit Hilfe der Landstromanlage mit Energie versorgt wird und die dieselbetriebene Stromversorgung vom Bordnetz genommen werden kann. Es ist dabei so ausgeführt, dass auch weitere Energieträger, wie z.B. Batterie oder Brennstoffzelle hinzugefügt werden können.
Informationen über den aktuellen Betriebsstatus aller Antriebe werden übersichtlich über einen Monitor am Steuerpult angezeigt. Der Schiffsführer ist so stets informiert und durch die Selbstregelung des Systems wird noch zusätzlich Energie und damit Kraftstoff eingespart.
Ist eine schnellere Fahrt nötig, schaltet sich sekundenschnell automatisch der zweite Generator (rechts) zu. Die Software regelt das Zuschalten des zweiten Motors in einer Schnelligkeit, dass nicht permanent zwei Motoren laufen müssen und damit kein redundantes System erforderlich ist
Fazit: Know-how zahlt sich aus
Für den Schiffsantrieb Kosten senken, Emissionen reduzieren und neue Richtlinien erfüllen: Das gelingt mit vollelektrischen Lösungen oder dieselelektrischen Hybridantrieben von Baumüller.
Die VSS Emmerich profitierte von der Erfahrung der Experten der Baumüller Anlagen-Systemtechnik sowohl bei Antriebssystemen von Schiffen als auch mit der Programmierung von Energiemanagementsystemen für Industrieanlagen und Marineanwendungen.
VSS Emmerich: Thomas Scholz, Baumüller Anlagen-Systemtechnik über die Vorteile des Power-Management-Systems
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