Frequenzumrichter für Schiffsantriebe und -strahlruder

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Herausragende elektrische Hauptantriebe

Der elektrisch betriebene Hauptantrieb bietet viel Freiheit bei der Konzeptionierung von Schiffen, welche sich viel effizienter konstruieren lassen, da die traditionellen Einschränkungen bei der Auslegung der Ausrüstung aufgrund mechanischer Einschränkungen hier entfallen.

Vorteile des elektrischen Antriebs:

  • Eine beliebige Anzahl Generatoren kann die Stromversorgung realisieren, was hohe Redundanz ermöglicht.
  • Die Kombination aus Motor und Frequenzumrichter verbraucht nur bei aktiver Drehung des Azimuth-Strahlruders Energie.
  • Die Umwelt profitiert von einem geringeren Kraftstoffverbrauch und weniger Abgasemissionen.
  • Der elektrische Antrieb ist eine gute Plattform für die nächste Phase der Entwicklung – die Hybridisierung. 

Im Allgemeinen lässt sich das Design von Schiffen mit modernen elektrischen Antriebssystemen, wie dieselelektrisch, LNG-elektrisch oder sogar vollständig elektrisch, ganz einfach in eine Hybridlösung umwandeln. Im besten Fall lässt sich ein Schiff nur durch ein zusätzliches paralleles E-Speicherungssystem mit Batterieunterstützung betreiben, etwa bei kurzfristig benötigter Spitzenlast. In einigen Fällen stellt die Verwendung einer Gleichstromverteilung anstelle von oder in Verbindung mit einer traditionellen Wechselstromverteilung die beste Lösung dar.

Mit Zulassungen von neun Klassifizierungsgesellschaften verfügen die Lösungen von Danfoss Drives für die Schiffs- und Offshore-Industrie über die meisten Typenzulassungen: DNV-GL, ABS, Bureau Veritas, Korean Register, CCS, RINA, Lloyds Register, RMRS und Klasse NK.

Somit haben Sie die bestmögliche Auswahl, wenn Sie einen Frequenzumrichter für Ihre Schiffsanwendung suchen.

Wellengeneratorantrieb mit PTO (Power Take Out) und PTI (Power Take In) für optimalen Antrieb

Wellengeneratorantrieb mit PTO (Power Take Out) und PTI (Power Take In) für optimalen Antrieb

Viele Langstreckenschiffe haben immer noch einen direkten Dieselantrieb und überhaupt kein elektrisches Antriebssystem. Diese Schiffe können durch das Einfügen eines Wellengenerators/-motors zwischen Schiffsschraube und Hauptmotor die Effizienz verbessern und die Nutzleistung des Hauptmotors und ihre Emissionen optimieren. Diese Lösung mit der Bezeichnung „Power Take Out and Power Take In“ (PTO/PTI) ist eine zusätzliche elektrische Baugruppe, die die Effizienz des Schiffs verbessert und sogar die Voraussetzungen für eine Hybridisierung schafft. In Hybridschiffen ermöglicht ein Wellengenerator/-motor mit Frequenzumrichtertechnologie eine optimale Steuerung der Antriebsmaschinen bei unterschiedlichen Drehzahlen, was Energie spart.

Sauberer Hybridantrieb

Sauberer Hybridantrieb

Frequenzumrichter spielen eine Schlüsselrolle bei der Hybridisierung und Integration und bieten Antworten für Schifffahrt und Offshore-Anwendungen, die nach Möglichkeiten suchen, den Verbrauch von Dieselöl zu senken und Emissionen zu minimieren. Bereits jetzt kommen vermehrt sauberere Kraftstoffe wie Flüssigerdgas (LNG) zum Einsatz. In der Zukunft werden wir vollständig elektrisch angetriebene Schiffe erleben. In der Zwischenzeit investieren die Eigentümer von Werften und Schiffen immer stärker in maritime Hybridsysteme, um Konstruktion und Installation flexibler zu gestalten, die Betriebsqualität zu optimieren und die Beeinträchtigung der Umwelt zu minimieren. Bei vielen Schiffstypen, von kleinen Schiffen bis hin zu gewaltigen Flugzeugträgern, kann Hybridisierungstechnologie zum Einsatz kommen, um eine effizientere und sauberere Leistung zu erzielen. 

Die Vorteile sind eindeutige Wirtschaftsfaktoren:

  • verbesserte Leistung der Schiffe
  • reduzierte Emissionen
  • geringere Betriebskosten durch einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch
  • geringere Kosten für die Wartung von Dieselmotoren
  • geringeres Geräuschniveau
  • bessere langfristige Effizienz des Stromversorgungssystems
Wie funktioniert Hybridisierung?

Wie funktioniert Hybridisierung?

Die Hybridisierung nutzt Frequenzumrichter zur Leistungsumwandlung und Netzerzeugung. VACON®-Frequenzumrichter kommen bei der hybriden Energieerzeugung mit Generatoren zum Einsatz, und bei hybriden Lasten, etwa bei Antriebsmaschinen und Kränen.

Hybridschiffe funktionieren mithilfe von zwei oder mehr Stromquellen: Hier erfolgt in der Regel die Kombination von Hauptmotoren und Generatoren mit einer integrierten Energiespeicherung in Form von Batterien oder Super-Kondensatoren. Dahinter steht die Absicht, zunächst die Energieerzeugung zu hybridisieren, um die Optimierung der Hauptmotoren zu erleichtern, und danach alle Maschinen zu hybridisieren, die Energie verbrauchen, um das Maschinenverhalten zu optimieren.

Die Schifffahrt und die Offshore-Industrie haben das Potenzial des Einsatzes von Hybridleistung und innovativer Antriebssysteme erkannt. Sie senken Emissionen, verbessern den Kraftstoffverbrauch und verlängern gleichzeitig die Wartungsintervalle und die Lebensdauer der Motoren. Mithilfe von Hybridlösungen ist es sogar möglich, kleinere Motoren einzusetzen und so Investitionskosten und Platz an Bord einzusparen.

Bei der Energieerzeugung manifestiert sich Flexibilität in Form von Zeit. Das Speichern von Energie verschafft der Energieerzeugung Zeit, um optimal auf Änderungen der Lastbedingungen reagieren zu können. Was die Last betrifft, ist die Belastung nicht von der Erzeugung abhängig und zeitlich konstant.

Geprüfte Rückmeldungen und Designvorgaben zum Betrieb von Hybridschiffen haben gezeigt, dass der Einsatz von Energieeinspeisung aus mehreren Quellen zur Energieversorgung von Schiffen den Kraftstoffverbrauch um 20-30 % senken kann. Sie können entscheiden, den Dieselmotor anzuhalten, und auf Batteriebetrieb oder einen kleineren Generator umschalten, oder Sie können die Batterie oder den Generator trennen und den Motor wieder starten.

Bei speziellen Schiffe wie etwa Schleppern und Hilfsschiffen läuft während eines großen Teils ihres Betriebs der Hauptmotor im Leerlauf. Die Schiffe sind einsatzbereit, aber der Antrieb benötigt keine Leistung. Bei Hybridlösungen lassen sich Batterien und kleinere Dieselgeneratoren einsetzen, um die Energie für das Schiff im Leerlauf, während des Manövrierens im Hafen oder beim Zurücklegen kurzer Strecken bereitzustellen. Vergleichbares ist auch für Fähren während Starts/Stopps und planmäßigen Strecken möglich. Für die dynamische Positionierung lassen sich Batterien verwenden, um Leistung für den Antrieb zu liefern, bis der zusätzliche Hauptmotor startet und beschleunigt, um langfristig Leistung für den Antrieb zu liefern.

Strahlrudersteuerung für präzises Manövrieren

Strahlrudersteuerung für präzises Manövrieren

Von einem Strahlruder erwartet man präzise Manövrierfähigkeit auf allen Meeren, und genau das liefern Danfoss-Frequenzumrichter mit ihren hohen Drehmomenten und ihrer schnellen, präzisen Leistungsabgabe.

Die durch Danfoss-Frequenzumrichter drehzahlgeregelten Schiffsschrauben mit fester Steigung sind normalerweise um 20-30 % energieeffizienter als Schiffsschrauben mit fester Drehzahl und variabler Steigung, da letztere rund 20 % der Energie bei null Vorschub verschwenden.

Frequenzgeregelte Schiffsschrauben mit variabler Drehzahl verbrauchen 50 % weniger Energie als hydraulische Schiffsschrauben mit variabler Drehzahl. Dank einer speziellen Motor-Vorheizung entfällt die Notwendigkeit einer Anti-Kondensationsheizung.

Elektrisch gesteuerte Azimuth-Strahlruder ermöglichen eine präzisere Steuerung und reagieren schneller als hydraulische Steuersysteme. Mindestens zwei parallele Motoren und Umrichter sind immer im Einsatz. Wenn eine Kombination stoppt, bleibt das Steuersystem weiterhin in Betrieb.

Steuerruderanlage

Steuerruderanlage

Mit variabler Drehzahlregelung ist es möglich, eine genaue Positionierung der Ruder zu erreichen, was ein präzises analoges Kontrollsystem ermöglicht. Bei Drehflügel-Ruderanlagen mit umkehrbaren Hydraulikpumpen ändern VLT®- oder VACON®-Frequenzumrichter Drehzahl und Richtung, wobei sie Energie sparen, weil sie nur dann laufen, wenn das Schiff seinen Kurs ändert.

Die MS Goblin vertraut auf hybride Kraft im Maschinenraum

Hybrid-Effizienz beim Antrieb von Massengutschiffen

Eine Nachrüstung mit einem dieselelektrischen Hybridantrieb hat sich bei einem Binnenschiff für Trockenfracht-Massengüter schnell bezahlt gemacht.

Produkte

  • VLT® AutomationDrive FC 301/FC 302
    VLT® AutomationDrive FC 301/FC 302

    Die VLT® AutomationDrive Serie dient der Drehzahlregelung von Asynchron-, Synchron-Reluktanz- und Permanentmagnetmotoren. Er ist in Standardversion (FC 301) sowie in einer erweiterten, hochdynamischen Version (FC 302) mit zusätzlichen Funktionen erhältlich.

  • VACON® NXP Air Cooled
    VACON® NXP Air Cooled

    Die VACON® NXP Air Cooled Frequenzumrichter bieten Präzision und Leistungsstärke für Anwendungen, die eine robuste und dynamische Leistung erfordern. Sie sind in einem kompletten Leistungsbereich von bis zu 2 MW in Form von wandmontierten, in Schaltschränke eingebaute oder IP00-Modulen erhältlich.

  • VACON® NXC
    VACON® NXC

    Der gekapselte VACON® NXC ist ein kompakter Frequenzumrichter, der zuverlässig unter rauen Betriebsbedingungen funktioniert, etwa in der Bergbau-, Öl- und Gasindustrie oder Wasser- und Abwasserbranche. Das klimatisierte Gehäuse verlängert die Lebensdauer und gewährleistet einen störungsfreien Betrieb.

  • VACON® NXP Common DC Bus
    VACON® NXP Common DC Bus

    Das Angebot der VACON® NXP DC-Bus-Frequenzumrichter umfasst eine Reihe von Active Front End, Wechselrichtern und Bremschopper-Einheiten. Es eignet sich für Prozesse, in denen ein häufiges Bremsen erforderlich und die Bremsleistung relativ hoch ist.

  • VACON® NXP DC/DC-Umrichter
    VACON® NXP DC/DC-Umrichter

    Mit seinem weiten Eingangsspannungsbereich ermöglicht der VACON® NXP DC/DC-Konverter in Anwendungen eine einfache Anpassung der Speicherspannung an ein Common DC Bussystem. Er lässt sich sowohl mit flüssigkeitsgekühlten wie auch mit luftgekühlten VACON® NXP-Antriebsmodulen realisieren.

Fallstudien

  • Hybrid-Antriebsstrang verbessert Wirtschaftlichkeit und Manövrierbarkeit des Schleppers Telstar
    Hybrid-Antriebsstrang verbessert Wirtschaftlichkeit und Manövrierbarkeit des Schleppers Telstar

    Die Telstar spart 20 % der Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen Schleppern.

  • VACON® treibt Hybridfähren rund um die Uhr an
    VACON® treibt Hybridfähren rund um die Uhr an

    Passagierfähren überqueren den Fluss IJ in Amsterdam und gewährleisten die Anbindung der Stadt rund um die Uhr. Der Hybridantrieb mit VACON®-Frequenzumrichtern sorgt für Verfügbarkeit rund um die Uhr, kleinere Generatoren, bessere Luftqualität, weniger Lärm und einfachere Manövrierbarkeit der Schiffe.

  • Hocheffizienter Hybridantrieb von Frachtschiffen
    Hocheffizienter Hybridantrieb von Frachtschiffen

    Für das auf den Transport von Trockengut spezialisierte Schifffahrtsunternehmen der Familie Vranken, deren Binnenfrachtschiffe auf der Rheinroute verkehren, war die Umstellung auf Hybridantrieb ein mutiger Schritt vorwärts. Durch das innovative dieselelektrische Antriebssystem sind die Betriebskosten auf ein Minimum gesunken und die Investition hat sich schnell ausgezahlt.

  • VACON®-Antriebe sorgen für eine leise und saubere Flusskreuzfahrt
    VACON®-Antriebe sorgen für eine leise und saubere Flusskreuzfahrt

    Im Jahr 2009 nahm Viking River Cruises die MS Viking Legend in Betrieb, das weltweit erste Flusskreuzfahrtschiff mit einem Energie- und Antriebssystem auf Basis eines hocheffizienten DC-Bus-Systems. Seitdem haben sie eine Flotte von mehr als 50 Hybridschiffen aufgebaut.

  • Hybrid-Nachrüstung bringt 15 % Kraftstoffeinsparung
    Hybrid-Nachrüstung bringt 15 % Kraftstoffeinsparung

    An Bord der MS Nadorias ist das enorme Potenzial des Wandels hin zum Hybridantrieb keine Vision mehr, sondern Realität. Eine Hybrid-Nachrüstung hat diesem Binnencontainerfrachter Einsparungen von ganzen 15 % nicht nur beim Treibstoff, sondern auch beim CO2-Ausstoß ermöglicht. Da der Hauptdieselmotor jetzt viel weniger läuft, punktet die MS Nadorias verglichen mit ihrem identischen Schwesterschiff nun mit 60 % weniger Wartungskosten und deutlich längerer Betriebszeit.

  •  Energieeinsparungen für den Massengutfrachter von Mukaishima Dock
    Energieeinsparungen für den Massengutfrachter von Mukaishima Dock

    Der Hauptantrieb und das Strahlruder verwenden schrankmontierte VACON® NXC-Frequenzumrichter für einen umweltfreundlichen Elektroantrieb mit variabler Drehzahl.

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