Wie können wir Kraftstoffverbrauch, Kosten und Emissionen deutlich senken? Diese Frage treibt heute viele Reeder um, da die Frachttarife niedrig und die Bunkerkosten hoch sind. Auf der MS Bore Sea ist ein Wellengenerator im Verbund mit einem VACON®-Frequenzumrichter einer der Schlüssel zur Verbesserung der Energieeffizienz.
Seit Januar 2013 schreibt die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (International Maritime Organization, IMO) für alle Schiffe mit einer BRZ von über 400 einen Ship Energy Efficiency Management Plan (SEEMP) mit Maßnahmen zur Effizienzsteigerung und damit zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen vor. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, verfügt die MS Bore Sea – ein RoFlex®-Schiff, das derzeit Airbus-Komponenten transportiert – über mehrere zukunftsweisende technologische Lösungen. WE Tech Solutions Oy hat eine Lösung zur Optimierung der Hauptantriebsmaschinen entwickelt, welche die Energieeffizienz deutlich verbessert. Die Lösung basiert auf der VACON®-Frequenzumrichtertechnologie.
Wellengenerator mit variabler Frequenz
Ein Wellengenerator ist mit der Hauptmaschinenwelle gekoppelt. Die Drehzahl des Wellengenerators variiert mit der Motordrehzahl. Da das Schiffsnetz konstante Spannung und Frequenz benötigt, lässt sich die Motordrehzahl nicht verändern. Somit unterliegen Drehzahländerungen und damit Effizienz in einer konventionellen Konfiguration Einschränkungen.
Die von WE Tech entwickelte Lösung nutzt die VACON®-Frequenzumrichtertechnologie zwischen Wellengenerator und dem elektrischen Netz des Schiffs. Dies ermöglicht die Verwendung eines breiten Drehzahlbands an der Hauptmaschine bei gleichbleibend konstanter Spannung und Frequenz des an das elektrische Schiffsnetz abgegebenen Stroms. Dadurch lassen sich der Wirkungsgrad des Hauptmotors steigern und die Kraftstoffkosten senken. Die WE Drive™-Lösung eignet sich zur Steigerung der Energieeffizienz jedes Schiffs, das mit Direktantriebsmaschinen in Kombination mit einem Wellengeneratorsystem, auch Power Take Out (PTO) genannt, ausgestattet ist.
Ein Wellengenerator mit Frequenzumrichtertechnologie ermöglicht die Nutzung von Strom aus dem elektrischen Schiffsnetz als Kraftverstärkung für die Hauptantriebsleistung der Hauptmaschine bei dynamischen Verkehrsbedingungen auf See. Diese Funktion wird als PTI (Power Take In) bezeichnet.
Der Wellengenerator mit VACON®-Frequenzumrichtertechnologie erschließt folgende Möglichkeiten:
- Die Variation von Frequenz und Spannung des Wellengenerators um 30 % unter Einhaltung der Nennspannung (VAC) und der Nennfrequenz (Hz) im elektrischen Netz des Schiffs
- Optimierter Betrieb (Power Take Out) oder PTI (Power Take In) des Wellengenerators
- Kontinuierlicher Parallelbetrieb zwischen Wellengenerator und Hilfsgeneratoranlagen
- Optimierung des Antriebssystems im Verbundmodus, d. h. durch Kombination von variabler Drehzahl und variabler Steigung der Schraube.
Der Wellengenerator auf der MS Bore Sea ist eine Synchronmaschine. Dank der Frequenzumrichtertechnologie lässt sich der Wellengenerator autonom verwenden oder parallel zu den Hilfsgeneratoranlagen einsetzen. „Die Dimensionierung der VACON®-Frequenzumrichtereinheit erfolgt entsprechend den Anforderungen an die Stromerzeugung und die elektrische Last des Schiffs im Fahrbetrieb“, sagt Mårten Storbacka, Managing Director bei WE Tech Solutions.
Effizienzsteigerung bringt Umweltvorteile
Ein Wellengenerator, der mit einem VACON®-Frequenzumrichter ausgestattet ist, bietet mehrere Vorteile:
- Innerhalb eines breiten Geschwindigkeitsbereichs des Schiffs arbeiten Schraube und Hauptmaschine nahe ihrem optimalen Betriebspunkt. Dies verbessert die Effizienz und senkt den Kraftstoffverbrauch deutlich.
- Eien geringere Schraubendrehzahl erhöht den Wirkungsgrad der Schrauben. Dadurch sinkt der Kraftstoffverbrauch weiter und damit verbunden auch die umweltschädlichen Emissionen.
- Die Aufrechterhaltung der Nennspannung und der erzeugten Frequenz des Wellengenerators über einen VACON®-Frequenzumrichter führt zu erheblichen Einsparungen, da die Notwendigkeit von Hilfsgeneratoren entfällt
„Während der Vergleichstestphase haben wir festgestellt, dass der jährliche Kraftstoffverbrauch der MS Bore Sea im Normalbetrieb rund 5600 Tonnen betragen würde. Datenanalysen belegen, dass der Wellengenerator von WE Tech Solutions mit VACON®-Frequenzumrichtern eine Kraftstoffeinsparung von rund zehn Prozent bringt. Das entspricht etwa 550-600 Tonnen. Angesichts der Kraftstoffkosten von etwa 500 Euro pro Tonne sind die jährlichen Kosteneinsparungen beträchtlich. Darüber hinaus reduzieren sich die CO2-Emissionen um etwa 2000 Tonnen“, fügt Herr Mansnerus noch hinzu.
VACON® Grid Converter
Neben den VACON®-Standard-Frequenzumrichterkomponenten wie Active Front End (AFE) und Wechselrichter ist der VACON® NXP Grid Converter ein Hauptbaustein der WE Drive™-Lösung, die auf der MS Bore Sea zum Einsatz kommt.
Der VACON® NXP Grid Converter besteht aus VACON® AFE-Einheiten und LCL-Filtern im elektrischen Netz des Schiffs sowie einer speziellen Anwendungssoftware. Das Paket, welches den AFE/Wechselrichter mit dem VACON® NXP Grid Converter kombiniert, wird zwischen dem Wellengenerator und dem elektrischen Netz des Schiffs installiert. Zwei Hilfsgeneratoren und der Wellengenerator für Großverbraucher gewährleisten die Energieversorgung mit konstanter Spannung und Frequenz, wie in der Abbildung dargestellt.
Bei variabler Motordrehzahl variieren die Spannung und Frequenz des Wellengenerators. Die AFE/INU-Hardware hält eine konstante Gleichspannung zum Netzumrichter aufrecht. Der VACON® NXP Grid Converter liefert die erforderliche, durch das elektrische Netz des Schiffs spezifizierte, Spannung und Frequenz und hält sie netzsynchron. Zusammen mit den Hilfsgeneratoren und dem Power Management System stehen dabei folgende Funktionen zur Verfügung:
- Lastausgleich mit Frequenzabsenkung
- Automatische Spannungsregelung
- Schutz des Netzumrichters selbst sowie der Verbraucher im Netz bei Ausfall von Generatoren und Kurzschluss
- Blindstromkompensation
- Leistungsbegrenzung
- Bedarfsgesteuerte Leistungsaufteilung
- Kurzfristige Überlastsituationen
Der Netzumrichter ermöglicht zusammen mit dem Power Management System auch den bidirektionalen Stromfluss – vom Wellengenerator zum elektrischen Netz (PTO) des Schiffs.
Bitte beachten Sie, dass VACON seit Dezember 2014 zur Danfoss Gruppe gehört.