13.12.2021 – Kategorie: Konstruktion & Engineering

Batterie-Technologie: Ist die Zukunft der Schifffahrt grün?

Batterie-TechnologieQuelle: SolarCircleLine

Diese Batterietechnik steckt in den ersten solarbetriebenen vollelektrischen Fahrgastschiffen, die auf der Spree unterwegs sind.

Die SolarCircleLine wurde 2016 in Berlin als ein Joint Venture der SolarWaterWorld AG und der Berliner Reederei Stern und Kreisschifffahrt gegründet. Als erste Reederei in Deutschland setzt der Betreiber auf ausschließlich auf Batterie-Technologie in Form von solar-elektrisch betriebenen Fahrgastschiffen. Hintergrund ist unter anderem das Bestreben des Senats, bis 2030 die CO2-Emissionen der Berliner Schifffahrtsunternehmen um 30 Prozent sowie die Dieselemissionen um 90 Prozent zu senken.

Entsprechend wurde der Bau der beiden ersten rein solar-elektrisch betriebenen Passagierschiffe der SolarCircleLine vom Berliner Senat gefördert. Nach einer Ausschreibung ging der Auftrag an die Kiebitzberg Schiffswerft aus Sachsen-Anhalt, die gemeinsam mit Projektpartnern 2018 den Bau des ersten, 36,5 Meter langen Katamarans SunCat 120 begann.

Beteiligte Unternehmen

Mit dem E-Katamaran begann ein komplexes Projekt, an dem neben der Werft und dem Betreiber als Auftraggeber mehrere Partner und Lieferanten beteiligt waren. Kräutler Elektromaschinen lieferte die zwei Ruderpropeller mit je 45 Kilowatt als Antrieb und aentron steuerte die Lithium-Ionen-Akkus inklusive Batterie-Management-System und Energie-Controllern bei. Die Fertigung fand in der Kiebitzberg Schiffswerft in Havelberg statt.

Arthur Schmidke, Projektingenieur bei Kräutler, erklärt: „Bei einem derartig komplexen Projekt mit unterschiedlichen Partnern ist von Anfang an eine enge Zusammenarbeit notwendig. Das beginnt zunächst mit einer klaren Definition der Anforderungen: Auf welchem Gewässer soll das Schiff unterwegs sein, mit welcher Geschwindigkeit und wie lange, welches Gewicht soll bewegt werden? Anhand dieser Faktoren können sich Antriebs- und Batteriehersteller optimal aufeinander einstellen und das bestmögliche Gesamtsystem entwickeln. Mit unseren neuen, vollelektrischen Ruderpropellern können wir der Berufsschifffahrt den Schub, die Zuverlässigkeit und die Manövrierfähigkeit anbieten, wie sie es bereits vom Verbrennungsmotor gewohnt ist. Eine durchgängige Kommunikation, bei der alle am Projekt Beteiligten regelmäßig auf den gleichen Stand gebracht werden, ist hier besonders wichtig.“

Batterie-Technologie
Das umweltfreundliche Solarboot kann ganzjährig auf den Wasserstraßen in und um Berlin Fahrgäste befördern. Bild: SolarCircleLine

Batterie-Technologie unterliegt komplexen Herausforderungen

Schiffe wie dieses und das baugleiche Schwesternschiff müssen besonders strenge Sicherheitskriterien erfüllen, um von der Zentralstelle Schiffsuntersuchungskommission im Schiffseichamt (ZSUK) für den Fahrgastverkehr zugelassen zu werden. Dabei unterliegen alle Komponenten klaren Bestimmungen. Das gilt auch für die Batteriemodule: Sie sind durch die internationale Zertifizierungskommission DNV mit der Marine- und Offshore-Typzulassung zertifiziert und so konzipiert, dass sie variabel eingebaut werden können.

Mit Sicherheit zertifiziert

Die Zertifizierung durch die DNV ist Grundvoraussetzung für den Einsatz von Komponenten in der kommerziellen Schifffahrt. Die Energiespeicher sind speziell für die Anforderungen in der Berufsschifffahrt in Sachen Sicherheit, Qualität, Robustheit und Leistung konstruiert und erfüllen sämtliche DNV-Richtlinien.

Weitere ausschlaggebende Faktoren für die Wahl der Batterien waren die hohe Flexibilität der Energiekapazität sowie die vielseitigen Verschaltungsoptionen: Ob seriell oder parallel bieten sie die Möglichkeit für redundante Antrieb- und Bordnetzversorgung. Hinzu kommt die Offenheit des Systems für Komponenten anderer Hersteller sowie die Flexibilität beim Lademanagement. So sind die Akkus mit einer PV-Schnittstelle ebenso kompatibel wie mit externen Stromquellen, wodurch sie sich mit Solar- und Landstrom gleichermaßen aufladen lassen.

Eine weitere Vorgabe des Betreibers war, dass die Schiffe einen ganzen Betriebstag fahren können. Die Akkus erfüllen diese Anforderung problemlos. Zudem kann die Spannung variabel angepasst und die Kapazität modular erweitert werden. Der Batterie-Anbieter aentron konnte zudem durch persönliche Betreuung bei der Entwicklung des Projekts punkten: Bei Hochvolt-Systemen (HV) – wie im Fall der beiden neuen Schiffe – bietet das Unternehmen eine umfassende Beratung und Service sowie eine enge Begleitung bei der Integration der Module in das Gesamtsystem an.

Energieversorgung von Bordnetz und Antrieb

In beiden Schiffen kommen HV-Speichersysteme auf Basis von 10-Kilowattstunden-Modulen zum Einsatz, die durch eigene Energiecontroller gesteuert werden. Damit wurde eine getrennte, redundante Lösung sowohl für Bord- als auch Antriebsenergiespeicher realisiert. Da die Energiespeicher auf langfristige Nutzung im Schiff ausgelegt sind, müssen sie eine besonders hohe Lebensdauer aufweisen. Diese ist durch die optimierte Batteriearchitektur und -bauweise gewährleistet.

Batterie-Technologie
Die modulare Batterietechnik liefert der Anbieter aentron. Bild: aentron

Im Sinne der Nachhaltigkeit können die Batterien auch überholt werden, wenn ihre Lebensdauer erreicht ist. Dabei lassen sich die Gehäuse sowie die übrigen Bestandteile nach einer Überprüfung weiterverwenden.

Von der Planung bis zur Umsetzung

Insgesamt gibt es in der Berufsschifffahrt bisher nur wenig Erfahrungswerte mit dem Bau eines voll elektrischen Schiffs und der entsprechenden Batterie-Technologie. Daher war eine enge, kontinuierliche Abstimmung unter allen Projektpartnern besonders wichtig. Ersin Kazzaz, Projektleiter und Head of Sales Maritime bei aentron, kommentiert: „Das hat sehr gut funktioniert.“

Von der Planungsphase bis zur Auslieferung der beiden Schiffe im Mai und Juli 2020 umfasste das Projekt mehrere Jahre der engen Zusammenarbeit. „Jedes Detail an der SunCat 120 musste zu 100 Prozent perfekt sein, um am Ende die Zulassung durch die ZSUK zu erhalten“, betont Kazzaz.

Batterie-Technologie: Fazit und Ausblick

Immer mehr Kommunen fordern die Reduktion von CO2-Emissionen und unterstützen lokale Nachhaltigkeitsinitiativen. Emissionsarme Schiffe spielen dabei eine wichtige Rolle, sowohl im Tourismus als auch im Güterverkehr. Arthur Schmidke vom Antriebshersteller Kräutler kommentiert: „Dieselantriebe werden nach und nach von den Gewässern verschwinden. Einer der größten Vorteile der Elektroantriebe gegenüber einem Verbrennungsmotor ist, dass sich die Leistung bei geringeren Geschwindigkeiten im Hafen sowie die kurzfristig höher benötigte Geschwindigkeit in Notfällen besser dosieren lassen. Seit den 70er Jahren baut Kräutler elektrische Motoren für die Schifffahrt, und bereits damals waren wir davon überzeugt, dass das die Zukunft ist.“

Kazzaz ergänzt: „Der Trend geht ganz klar in diese Richtung, Politik und Gesetzgebung treiben entsprechende Standards immer stärker voran. Wir freuen uns, in Zukunft zahlreiche Projekte im Bereich Batterie-Technologie zu unterstützen und damit unseren Teil zur Energiewende beitragen zu können.“

Der Autor Dr. John De Roche ist Gründer und Director R&D bei aentron.

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