Effizienz an Bord

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Seit den ersten Clubschiffen wachsen Kreuzfahrtschiffe zu schwimmenden Kleinstädten heran und für Komfort und Energieeffizienz sorgen zunehmend elektrische Antriebe. Doch wie lässt sich bei der Fülle an Technik der Wartungsaufwand senken? – Aida hat nun die Variantenvielfalt bei den Komponenten eingedämmt und setzt beispielsweise auf Umrichter von Danfoss. von Detlev Bening

Seit den ersten Clubschiffen wachsen Kreuzfahrtschiffe zu schwimmenden Kleinstädten heran und für Komfort und Energieeffizienz sorgen zunehmend elektrische Antriebe. Doch wie lässt sich bei der Fülle an Technik der Wartungsaufwand senken? – Aida hat nun die Variantenvielfalt bei den Komponenten eingedämmt und setzt beispielsweise auf Umrichter von Danfoss. von Detlev Bening

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Sonne, Unterhaltung und die Aussicht auf exotische Kulissen locken zunehmend Passagiere auf die modernen Ozeanriesen. Kreuzfahrten erfreuen sich wachsender Beliebtheit und sind in den letzten Jahren zudem deutlich erschwinglicher geworden.
Dabei gilt: Schiffe sind heute moderne technische Großanlagen. Die gigantischen Kreuzfahrtschiffe mit Platz für mehrere tausend Passagiere benötigen für eine reibungslose Funktion und wirtschaftlichen Betrieb aktuelle Antriebstechnik. Ohne die Automatisierung vieler Prozesse an Bord wäre ihr Betrieb nicht möglich. Von der Heizungs-, Klima- und Lüftungstechnik bis hin zur Steuer- und Antriebstechnik – es gibt keinen Bereich an Bord, der nicht von leistungsfähigen, energieeffizienten Antrieben profitiert.
Das Angebot an Kreuzfahrten und auch die Zahl der weltweit tourenden Luxusschiffe nimmt immer mehr zu. Einer der bekanntesten Anbieter und Marktführer in Deutschland ist Aida Cruises, eine Tochtergesellschaft des weltweit größten Anbieters von Kreuzfahrten, Carnival Cruises. Das Unternehmen bietet seit 1996 das damals neue Konzept des Clubschiffs an, das ein aktives Lebensgefühl für Gäste jeden Alters vermittelt. Zehn Schiffe umfasst die Flotte bislang, zwei weitere laufen 2015 und 2016 vom Stapel.
Nach ihrer Fertigstellung werden die beiden neuen Kreuzfahrtschiffe die größten sein, die im Namen von Aida die Weltmeere erobern und den bewährten Service garantieren. Bei einer Verdrängung von 125.000 Bruttoregistertonnen bietet jedes Schiff Platz für rund 3.300 Passagiere sowie über 1.500 Besatzungsmitglieder: Die technischen Ansprüche an die Versorgungseinheiten dieser großen, schwimmenden Hotelbetriebe sind mit das anspruchsvollste, was derzeit auf den Weltmeeren denkbar ist.

Standardisierung verringert Komplexität

Aida Cruises setzt für die Ausrüstung seiner Schiffe auf Antriebstechnik von Danfoss und schreibt für die komplette Ausrüstung der zwei neuen Schiffe VLT-AutomationDrive vor. Die Frequenzumrichter übernehmen dort alle Antriebsaufgaben bei Hilfsantrieben von der Steuerung der Klimaautomatik-Lüfterantriebe, der Wasseraufbereitung bis hin zu Pumpen, Separatoren und Winden. Im Fall der aktuell im Bau befindlichen Schiffe kommen jeweils mehr als 100 Geräte direkt für Schiffsaufgaben zum Einsatz.
„Wir versuchen, unsere Schiffe technisch weitestgehend zu standardisieren. Das reduziert die Zahl der Zulieferer und verringert zugleich die Komplexität der Anlagen. Mit der Entscheidung für einen einheitlichen Antrieb durchgängig im gesamten Schiff müssen wir nur noch auf ein System schulen. Dies gestaltet die Wartung und Überwachung der Anlagen weit effizienter und kostengünstiger“, erklärt Ulf Hirsekorn, Senior Superintendent Electric bei Aida Cruises in Rostock die Strategie.
Aida Cruises nutzt für alle elektrischen Motoren im Maschinenraum und in den Betriebsmaschinen, den Deckmaschinen und den Hotel-/HLK-Systemen in den beiden neuen Kreuzfahrtschiffen den Frequenzumrichter VLT AutomationDrive FC 302 in Kombination mit Motoren der hohen Wirkungsgradklasse IE3. Dies garantiert höchste Energieeffizienz in allen Systemen.

Anwendung zur See

Die eingesetzten Frequenzumrichter sind modular aufgebaut und wegen der individuellen Konfiguration durch den Anwender und dem großen Leistungsbereich von 0,55 bis 1.400 Kilowatt für fast jede Anwendung geeignet. Speziell für den Einsatz auf See sind die Ausführungen in hoher Schutzart IP66 besonders gut geeignet, die neben der standardmäßigen Beschichtung der Platinen gemäß IEC60721-3-3 3C2 optional für besonders raue Umgebungen mit 3C3-Beschichtungen erhältlich sind.
Die Eignung der Danfoss-Frequenzumrichter für Marineanwendungen ist durch die Zulassung nach insgesamt acht Standards wie Lloyds, GL, CCS, RINA und DNV bestätigt.
Ein weiterer Vorteil, der für den Einsatz der FC-300-Serie an Bord der neuen Schiffe sprach, war nicht zuletzt die integrierte Zwischenkreisdrossel, die die Oberschwindungsbelastung im Generatornetz der Schiffe deutlich reduziert. So entfallen externe Komponenten zur Reduzierung der Netzrückwirkungen, der Verdrahtungsaufwand sinkt und auch der Platzbedarf im Schiff. Zudem liegt der Wirkungsgrad dieser Frequenzumrichter typisch bei bis zu 98 Prozent inklusive Filter.
Die Netzspannung auf dem Schiff beträgt 690 V, ausgeführt als IT-Netz. Die vergleichsweise hohe Spannung bringt Vorteile durch geringeren Verkabelungsaufwand und spart so zudem Gewicht. Gerade bei den 690-V-Geräten hat Danfoss die kleinsten Geräte im Markt, da sie speziell für diese Spannung entwickelt wurden. Sonst werden oft größere Geräte einfach auf 690 V umgelabelt.
Dadurch eignen sie sich gerade für Anwendungen mit beschränktem Raumangebot. Die größten Frequenzumrichter stammen aus der neuen D-Gehäuseserie von Danfoss, die auch hier in dieser Leistungsklasse mit die kleinsten Frequenzumrichter auf dem Markt sind.
Jedes Schiff verfügt über insgesamt mehr als 100 FC-302-Frequenzumrichter von 2,2 bis 400 Kilowatt. Alle Umrichter sind in IP55 ausgeführt und ohne Schaltschrank direkt im Feld montiert: Das verringert den Verkabelungsaufwand und teure geschirmte Kabel. Alle Umrichter sind über eine Profinet-Schnittstelle vernetzt. Darüber lässt sich jederzeit der Status aller Frequenzumrichter überwachen. Zudem können die Techniker an Bord die Geräte im Fall eines Austausches auch komplett über das Bussystem parametrieren.

Energieeffiziente Antriebstechnik

Mitsubishi Heavy Industries (MHI) verbaut auf den Kreuzfahrtriesen das sogenannte „Mitsubishi Air Lubrication Systems“ (MALS), um Betriebskosten zu senken und die Umweltverträglichkeit zu verbessern. MALS ist eine Technologie, die den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emission durch eine Schicht von Luftblasen senkt, die Gebläse an der Unterseite des Schiffes erzeugen. Die von Aida Cruises gewünschte Installation des MALS-Systems für die zwei Kreuzfahrtschiffe resultiert aus dem Wunsch nach Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der Emissionen der Schiffe.
Die Verwendung des Systems kann den Kraftstoffverbrauch des Schiffes um etwa 7 Prozent senken. Es ist die weltweit erste MALS-Installation in einem Kreuzfahrtschiff. Der geplante Treibstoffverbrauch ist mit 2,8 Liter pro 100 Kilometer und Passagier sehr gering. Beide Schiffe sind zudem für „sauberen“ Gasbetrieb geeignet.

Service als wesentlicher Faktor

Ein Grund dafür, dass sich Aida und Mitsubishi Heavy Industries für Danfoss-Frequenzumrichter entschieden haben, liegt darin, dass das Unternehmen ein maßgeschneidertes Leistungspaket für Schiffseigner anbieten konnte. Inklusive war dabei die Abnahme der gesamten Maschinerie des Schiffes, in der die Frequenzumrichter zum Einsatz kommen, von Bug bis Heck, bevor dieses vom Stapel läuft. Darüber hinaus schult Danfoss die technische Crew an Bord und vermittelt ihr alle erforderlichen Kenntnisse. Einen weiteren Bestandteil des Leistungspakets bildet der Global Marine Service.
Dieser Service bietet Zugang zu zahlreichen Marinezentren auf der ganzen Welt, in denen qualifizierte Mitarbeiter sämtliche Schäden reparieren, die während der Kreuzfahrt an den Frequenzumrichtern auftreten könnten.

Fazit

Auf Schiffen treiben elektrische Antriebe schon lange Anwendungen wie Winden oder Pumpen an. Auch die Kombination der Antriebsanlage als Hybridantrieb mit dieselelektrischen Einheiten ist nicht neu, aber verstärkt im Kommen. Der Anteil an elektrisch betriebenen Komponenten an Bord insgesamt steigt und bietet erhebliche Möglichkeiten zur Optimierung. Die brennstoffgetriebenen Motoren fungieren dabei immer mehr als Generatoren beziehungsweise Stromlieferanten für die elektrischen Arbeitsmaschinen: Ein wichtiges Thema gerade für die Fahrzeuge der See ist die Begrenzung der Stromaufnahme der eingesetzten Elektroantriebe, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten, sowie deren maximal erreichbare Energieeffizienz.jbi |

Detlev Bening ist Vertriebsingenieur für Antriebstechnik bei Danfoss in Offenbach/Main.

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