Leise und saubere Flusskreuzfahrt dank VACON® NXP Liquid Cooled Drive

Der Trend zu dieselelektrischen Hybridantrieben erobert Flusskreuzfahrtschiffe im Sturm. 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.

Komfortable Flusskreuzfahrten mit weniger Treibstoffverbrauch
Urlauber lieben schwimmende Hotels auf offener See, und auch Flusskreuzfahrten steigen in der Gunst der Reisenden immer weiter. Denn im Gegensatz zu den Reisen über das Meer lässt sich hier eine Städtereise mit dem Vorbeiziehen schöner Landschaften kombinieren. Moderne Flusskreuzfahrtschiffe sind in Bezug auf Ausstattung und Unterkunft genauso luxuriös wie die großen Ozeandampfer, auch wenn sie aufgrund ihrer Größe keine großen Theater und Schwimmbäder bieten können.

Gemeinsam ist beiden jedoch, dass die Betreiber große Anstrengungen unternehmen, die schwimmenden Luxusherbergen möglichst energieeffizient zu betreiben. „Wenn Sie Ozean-Kreuzfahrten mögen, werden Sie Flusskreuzfahrten ganz schnell lieben“, ist sich Tor Hagen, Chairman und CEO bei Viking River Cruises, der weltgrößten Flusskreuzfahrtgesellschaft, sicher. 

Eine Möglichkeit, maximale Energieeffizienz auf den Schiffen zu erreichen: Dieselelektrische Hybridantriebe. Sie sind ein Trend, der auch für Flusskreuzfahrtschiffe gilt. 

Energieeffiziente Stromerzeugung an Bord
Die elektrische Energie und die Antriebssysteme der Flotte von Viking River Cruises basieren auf dem wassergekühlten Frequenzumrichter VACON®NXP Liquid Cooled Drive. Michael Güldner von Neptune Shipyard, der für die elektrischen Bordsysteme aller Viking-Schiffe verantwortlich ist, erklärt: „Wir sind sehr zufrieden mit den VACON®-Frequenzumrichtern. Über die Jahre konnten wir gemeinsam die elektrischen Systeme weiter verbessern.“

Für die Energieerzeugung ist das Schiff mit dieselelektrischen Generatoren ausgestattet. Zwei befinden sich im vorderen Maschinenraum und zwei im hinteren Maschinenraum. Die vier von VACON® NXP-Antrieben gesteuerten Asynchrongeneratoren versorgen das elektrische Antriebssystem und das Bordnetz. Durch den Einsatz von Asynchrongeneratoren ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen GenSets (standardisierte Aggregate aus Dieselmotor und Generator). Sie ermöglichen einen drehzahlgeregelten Betrieb, um den Kraftstoffverbrauch jederzeit zu optimieren. Die Frequenzumrichter VACON® NXP Liquid Cooled Drive tragen außerdem wesentlich dazu bei, das Geräuschniveau für die Passagiere auf ein Minimum zu reduzieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen dieselmechanischen Antriebssträngen für Schraubenantriebe sorgen sie dafür, dass die Dieselgeneratoren in einem geräuschoptimierten Bereich laufen.

Über die PMS-Regelung (Power Management System) lassen sich Generatoren einfach zu- und abschalten. Somit ist die Energieerzeugung immer an den aktuellen Energiebedarf angepasst.

Die interne Intelligenz des VACON® NXP Liquid Cooled Drive sorgt für eine schnelle und zuverlässige Lastverteilung auf die Generatoren. Die Ingenieure entwickelten extra für diesen Zweck ein Regelungskonzept mit dem Programmiertool VACON® Programming (IEC 61131-3) und implementierten es in die leicht anzupassende Steuersoftware der VACON® NXP-Frequenzumrichter. 

Im Gegensatz zu herkömmlichen dieselelektrischen Hauptantrieben mussten die Experten der Neptun-Werft dank des DC-Bus-Konzepts keine großen Schaltanlagen installieren. Dies bietet auf Schiffen, auf denen Platz knapp ist oder vorzugsweise für den eigentlichen Einsatzzweck des Schiffs genutzt werden soll, einen deutlichen Vorteil. Die Hauptmaschinen und das durch die Frequenzumrichter erzeugte Bordnetz der MV Viking-Schiffe sind kompakt und redundant ausgelegt. Sie erfüllen alle Normen bzw. Richtlinien der EU für Fluss-Kreuzfahrtschiffe sowie die Zulassungsbedingungen des Germanischen Lloyds.

Bis zu 20 % weniger Treibstoffverbrauch
Unter den zahlreichen Vorteilen dieses innovativen Bordnetz- und Antriebskonzepts fällt vor allem die erhebliche Reduzierung des Treibstoffverbrauchs um bis zu 20 % und die damit einhergehende Verringerung der Schadstoffemissionen auf. Möglich wird dies, weil das System den aktuellen Energiebedarf des Schiffs zu jedem Zeitpunkt automatisch berechnet und exakt nur diese erforderliche Energie durch die Generatoren bereitstellt. Sollte zum Beispiel durch Abbremsen zusätzliche Energie zur Verfügung stehen, muss diese nicht über Widerstände vernichtet werden, sondern fließt über den DC-Bus zurück und steht so anderen Verbrauchern an Bord zur Verfügung. Das entlastet die Generatoren, die in diesem Fall weniger Energie produzieren müssen. Der Gesamtenergieverbrauch des Schiffs liegt durch diese Technik und die eingesetzte Drehzahlregelung für die Antriebe an Pumpen und Lüftern um bis zu 20 % niedriger, als bei Schiffen konventioneller Bauart.

Ein weiterer großer Vorteil des DC-Bus-Konzepts ist die nicht mehr erforderliche Synchronisierung der Generatoren. Die benötigte Leistung steht innerhalb von Sekundenbruchteilen zur Verfügung. In Wechselstrom-Bussystemen kann ein Synchronisierungsvorgang durchaus mehrere Minuten in Anspruch nehmen oder gar fehlschlagen. Erst nach der erfolgreichen Synchronisierung steht die Generatorleistung z. B. für die Erhöhung der Schubleistung des Schiffs in einer Gefahrensituation zur Verfügung. Das DC-Bus-System kommt somit der Sicherheit und der Dynamik des Schiffs zugute. Das ist gerade auf engen und unübersichtlichen Flüssen ein großer Vorteil, da eine schnelle Reaktion auf eine überraschende Situation hinter einer Flussbiegung möglich ist.

230/400 V Bordnetzerzeugung
Die VACON® NXP Grid Converter speisen im Hinblick auf Redundanz vier parallele Bordnetztransformatoren. Sie machen einen parallelen Betrieb der verschiedenen Bordnetze jederzeit möglich, kurzzeitig für Umschaltungen oder auch dauerhaft.

Eine zusätzliche externe Synchronisierung ist nicht erforderlich. Die Netzumrichter erledigen das jederzeit schnell und einfach selbst.

Die VACON® NXP Grid Converter haben eine programmierbare Drooping-Funktion für Frequenz und Spannung implementiert. Sie ermöglicht einen Lastausgleich bzw. eine Lastverteilung zwischen verschiedenen Generatoren. Dadurch verhalten sich die VACON® NXP Grid Converter im System wie GenSets. Für eine korrekte Selektivität der Niederspannungsschaltanlage stehen die erforderlichen Einstellparameter in den Netzumrichtern zur Verfügung.

Saubere Fahrt voraus
Die Reederei legt großen Wert auf die Umweltverträglichkeit ihrer Schiffe. Die größtmögliche Reduzierung von Abgasemissionen steht für Viking River Cruises im Vordergrund. Um die Emission von Ruß zu vermeiden, sind die zur Stromerzeugung benötigten Haupt- und Hilfsdiesel mit Rußpartikelfiltern ausgestattet. Außerdem verfügt das Schiff über einen Anschluss für Landstrom. Wenn das Flusskreuzfahrtschiff für einen Landgang in der Stadt anlegt, die einen entsprechenden Stromanschluss bereitstellt, erfolgt die Versorgung vollständig über Landstrom. Die Einspeisung des Landstroms in das Netz des Schiffs erfolgt auch über den VACON® NXP-Frequenzumrichter. Da die Dieselgeneratoren in diesem Fall komplett ausgeschaltet sind und somit weder Geräusche noch Abgase entstehen, werden weder die Passagiere noch die Anwohner nahe der Anlegestelle belästigt.

Das Schiff benötigt zwei 400-A-Anschlüsse, um den Hotelbetrieb zu gewährleisten. Leider befindet sich noch nicht in jeder Stadt ein entsprechender Anschluss an Land. Doch immer mehr Städte stellen entsprechende Anschlüsse bereit, um die Schadstoffemissionen auf ein Minimum zu begrenzen, die Umwelt zu schonen und die Luft in den Städten zu verbessern.

Präzise manövriert
Die Stromerzeugungsanlage der Viking-Schiffe besteht aus jeweils einem Dieselgenerator mit 470 kW und 1000 kW im Bug sowie im Heck des Schiffs. VACON® NXP-Frequenzumrichter speisen die Energie von den Generatoren in das 1024-V-DC-Netz ein. Die Bug- und Heck-DC-Schaltanlagen sind über den 120 m langen DC-Bus verbunden. Zum Antrieb des Schiffs befinden sich im Heck vier Schottel-Zwillingsschrauben mit 330 kW und im Bug zwei Schottel Pump Jets mit 340 kW. Mit ihnen lässt sich das Schiff präzise manövrieren und eine Höchstgeschwindigkeit von 21 km/h bzw. 13 Knoten erreichen. Das Antriebssystem mit seinen vier kleinen anstelle von zwei großen Ruderschrauben verbessert auch die Manövrierfähigkeit des 135 m langen und 11,4 m breiten Schiffs auf schmalen Flüssen. Er arbeitet viel leiser und vibriert weniger. Ebenso sind die Wartungskosten im Vergleich zu traditioneller Technik deutlich verringert. All diese Maßnahmen tragen zum erheblich gesteigerten Komfort für Passagiere und Crew bei.

Hohe Ausfallsicherheit
Für den Notfall ist bestens vorgesorgt. Bei unerwarteten Systemfehlern wie dem plötzlichen Ausfall eines Generators sind die VACON® NXP-Frequenzumrichter mit schnellen Überwachungs- und Regelalgorithmen ausgestattet, um einen Blackout sicher zu verhindern. Auch diese Funktionen werden mittels des VACON® Programming Tools (IEC 61131-3) realisiert. Und für den unwahrscheinlichen Fall eines Brands in einem der Maschinenräume hat die Mannschaft jederzeit die Möglichkeit, die Heck- und Bug-Versorgung zu trennen. Das Schiff bleibt auf diese Weise immer manövrierfähig und kann sicher den nächsten Hafen anlaufen.

Einfache Kommunikation über Feldbus

Mit den steckbaren Feldbus-Optionskarten lässt sich der VACON® NXP-Frequenzumrichter optimal an das geforderte System anpassen. Durch den geringen Verkabelungsaufwand ist ein Feldbussystem ideal für die Verhältnisse an Bord geeignet.

Die Kommunikation mit der Technik läuft an Bord der Viking-Schiffe über PROFIBUS. Sämtliche Frequenzumrichter erhalten darüber ihre Anweisungen von der Bedieneinheit und geben Rückmeldung. Dadurch sind alle wichtigen Informationen aus den Frequenzumrichtern für einen sicheren Betrieb des Schiffs von der Brücke aus verfügbar. Für interne Kommunikation, einfachen Abgleich bei Inbetriebnahme und zur Fehlersuche und -behebung sind alle VACON® NXP-Frequenzumrichter über einen internen schnellen CAN-Bus verbunden. Über diesen Bus lässt sich mit dem VACON® Software-Tool NCDrive über nur einen zentralen Zugangspunkt auf alle Frequenzumrichter zugreifen.