Elektro-Fähren: Die Antriebstechnik für saubere Fjorde

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Bis 2026 sollen die Reeder in den norwegischen Fjorden komplett emissionsfrei fahren. Die erste Elektro-Fähre ist bereits seit 2018 unterwegs. Hier mehr Details zum eingesetzten Antriebs- und Ladesystem. Von Dennis Gosch
Elektro-Fähre

Quelle: Danfoss

Seit gut zwei Jahren ist die Elektro-FähreFuture of the Fjords” zwischen Flåm und Gudvangen unterwegs. Pro Jahr absolviert sie etwa 700 Fahrten. Das Besondere: Statt eines Schiffdiesels treiben zwei 450-kW-Elektromotoren die 42 Meter lange und 15 Meter breite Fähre an. Mit einem Rumpf aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen bietet sie dabei Platz für 400 Passagiere.

Dieser besondere Elektrokatamaran minimiert die Umweltbelastung in den norwegischen Fjorden und maximiert gleichzeitig das Naturerlebnis für die Passagiere auf der Route durch den unberührten Nærøyfjord. Die Energie für ihren Betrieb stellt ein Batteriespeicher bereit. Rund 16 Knoten (30 km/h) kann die Elektro-Fähre maximal erreichen und damit 55 Kilometer weit reisen.

Erfüllt bereits die Emissionsziele für 2026

Die norwegischen Fjorde sind auf dem Weg in eine Null-Emissions-Zukunft: Im Jahr 2018 verabschiedete das norwegische Parlament einen Beschluss, seine einmaligen Fjorde so bald wie möglich, spätestens jedoch bis zum Jahr 2026, zur Null-Emissionszone zu machen. Damit wurde eine Frist für die Schiffsbetreiber in den Fjorden festgelegt, innerhalb derer sie aufgefordert sind, die von ihren Schiffen ausgehende Verschmutzung zu vermeiden.

Noch bevor die norwegische Regierung diese Emissionsziele festlegte, war die Elektrifizierung von Fähren zwischen den Fjordhäfen bereits auf der Agenda einiger Betreiber. Hilfreich ist dabei, dass die Wasserwege in den Fjorden häufig kurz sind. Mit der emissionsfreien Fähre gelang es schließlich der Reederei „The Fjords“ einen neuen Standard im umweltverträglichen Personentransport zu setzen. Unterstützt wurde der Betreiber dabei vom Systemintegrator Westcon Power & Automation und vom Antriebstechnik-Lieferanten Danfoss.

Der Schlüssel für den Betrieb der Elektro-Fähre liegt in ihrer optimierten Energieeffizienz. Dafür kommen zahlreiche High-Tech-Lösungen zum Einsatz, die einen möglichst geringen Energieverbrauch gewährleisten. Dazu gehört unter anderem die Wahl des Baumaterials: Leichte Carbon-Sandwich-Laminate für den Rumpf und die Aufbauten sorgen für etwa die Hälfte des Gewichts im Vergleich zu einer mit herkömmlichen Materialien gebauten Fähre.

Für ihr nachhaltiges Design wurde sie auf der internationalen Leitmesse der maritimen Wirtschaft SMM zum Schiff des Jahres 2018 gekürt.

Saubere Leistung der Elektro-Fähre

Das batteriebetriebene Antriebssystem von Westcon sorgt dafür, dass die Luftverschmutzung mit NOx- und CO2-Emissionen der Vergangenheit angehört und reduziert gleichzeitig Betriebslärm und Vibrationen. Der Antrieb besteht aus einem Batteriepaket und den zwei Elektromotoren. Wenn der Energiespeicher aufgeladen ist, kann das Schiff mehr als zwei Stunden lang mit einer Geschwindigkeit von 11 Knoten fahren.

Dabei wird kein Aspekt der Leistungsoptimierung dem Zufall überlassen. Beispielsweise sind Danfoss-Lösungen aus der Vacon-NXP-Produktfamilie in die Westcon-Systeme auf dem gesamten Schiff integriert und arbeiten ständig hinter den Kulissen, um die Leistung zu kontrollieren, zu regulieren und zu optimieren. Sowohl der Hauptantrieb als auch die Bug- und Heckstrahlruder sind mit Vacon-Frequenzumrichtern ausgestattet, um die Geschwindigkeit zu steuern und die ­Manövrierfähigkeit zu optimieren.

Zudem versorgt ein Vacon NXP Grid Converter die Hilfsschaltschränke zuverlässig mit Strom. Alle Danfoss-Frequenzumrichter gewährleisten eine sichere und hocheffiziente Energieumwandlung aus dem Batteriepaket. Damit erlauben sie den zuverlässigen Betrieb des 770-Tonnen-Kolosses und reduzieren den Wartungsaufwand auf ein absolutes Minimum.

Elektro-FähreQuelle: Danfoss
Sowohl in der Fähre als auch in der Ladestation sorgen Frequenzumrichter von Danfoss für Effizienz bei der Energieumwandlung.

Voller Schub voraus

Energie muss auf einer Elektro-Fähre besonders effizient genutzt und gespeichert werden, um die Leistung zu verbessern. Sinkende Kosten und eine erhöhte Energiedichte bei den Batterien machen sie zu dem am besten integrierbaren Energiespeichermedium, das heute verfügbar ist. Ihr Einsatz wächst aus diesen Gründen rasant.

Der Batteriespeicher umfasst 8 Batterieracks mit 17 Modulen und verfügt über eine Kapazität von 1.800 kWh – dieser Speicher ist zwei Tonnen leichter als die nächstgrößere Alternative. So konnte die erforderliche Antriebsleistung gesenkt werden.

Frode Skaar ist Business Development Manager bei Westcon und kommentiert: „Dieser enorme Effizienzvorteil war nur durch die Flexibilität der Danfoss-Frequenzumrichter realisierbar. Dank ihrer Vielseitigkeit konnten wir sowohl die Energieversorgung an Board als auch die an Land sehr agil gestalten. So konnten wir einen Antrieb realisieren, der zwei Tonnen leichter ist als üblich, weniger Komponenten benötigt und geringere Leistungsverluste verzeichnet, was insgesamt zu einem besseren System führt.“

Mit diesen Frequenzumrichtern konnte Westcon auch Herausforderungen im Wärmemanagement der Fähre bewältigen. Ein Temperaturfühler ist an die Steuerung des Lüfters im Batterieraum angeschlossen, um sicherzustellen, dass die Temperatur dort immer im unbedenklichen Bereich bleibt.

Elektro-FähreQuelle: Danfoss
Geladen wird das Schiff am Powerdock, einer schwimmenden, „2,4-MWh-Powerbank“, die auch die Abwässer der Fähre aufnimmt.

Laden der Elektro-Fähre an der schwimmenden Powerbank

Das örtliche Stromnetz am Hafen Gudvangen hat nicht genügend Kapazität, um die „Future of The Fjords“ direkt zu laden, denn es kann nur 1.200 kWh bereitstellen – eine Kapazität, die es ermöglicht rund 285.000 Smartphones aufzuladen. Das verbaute Batteriepaket benötigt jedoch insgesamt seine 1.800 kWh. Daher wurde eine schwimmende Ladestation – das sogenannte Powerdock – mit 2,4 MWh Ladekapazität von Westcon entwickelt: 1,2 MWh kommen hierbei aus einem Batteriepack und 1,2 MWh direkt aus dem örtlichen Netz. Auch im Powerdock kommen Vacon-Frequenzumrichter zum Einsatz.

Das Powerdock kümmert sich außerdem auch um Grau- und Schwarzwasser aus der Future of the Fjords und sorgt dafür, dass keine Verschmutzung durch Abwassereinleitungen in die Fjorde entsteht. Das Besondere an dem 40 Meter langen, fünf Meter breiten und 0,9 Meter hohen Powerdock ist nicht nur seine Mobilität, sondern auch die Möglichkeit, an Land Autos, Busse oder weitere Transportmittel damit zu laden.

Dennis Gosch ist Business Development Manager Engineered Solutions bei Danfoss Drives.

Lesen Sie auch: Luxusyachten einfach steuern mit dieser Schiffstechnik

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