Bekämpfung von Emissionen im Bereich der Schifffahrt
Innerhalb des belebten Hafens der taiwanesischen Stadt Kaohsiung werden verarbeitete Güter über ein seegestütztes Transportnetz umgeschlagen. Dieser Hafen ist der dreizehntgrößte Hafen der Welt. Kaohsiung ist typisch für viele asiatische Hafenstädte, aus denen dieselbetriebene Fähren nicht wegzudenken sind.
Diese Betriebsamkeit ist jedoch mit einem Nachteil verbunden. Fähren und Schwerindustrie tragen durch ihren hohen Energieverbrauch zur Luftverschmutzung des Gebiets bei. Im nahegelegenen Hongkong sterben jedes Jahr schätzungsweise 3200 Menschen aufgrund der Luftverschmutzung.
Als Teil einer breit angelegten Initiative zur Verbesserung der Luftqualität gab die Stadtverwaltung von Kaohsiung beim Ship and Ocean Industries R&D Center (SOIC) in Taiwan ein Projekt in Auftrag, mit der Zielsetzung, die Emissionen der Fährenflotte zu reduzieren.
Diesel durch Strom ersetzen
SOIC forderte eine effiziente und kostengünstige Lösung zur Reduzierung der Emissionen aus dem Fährbetrieb und kam letztlich zu dem Schluss, dass ein Hybrid- und elektrisches System die optimale Lösung darstellt.
Eine große Herausforderung für das neue System bestand darin, den erforderlichen hohen Leistungsbedarf zu decken. Ein Nachbau der in großen Schiffen üblichen Systeme stellte hierbei keine Lösung dar, da diese voluminösen Generatorsysteme für kleine Passagierfähren ungeeignet sind. SOIC benötigte ein besseres Generatorsystem, das kleiner, leichter und dennoch robust war.
Kundenspezifische Elektrifizierungslösungen
Danfoss elektrifizierte in Zusammenarbeit mit SOIC ein Schiff der beliebten Passagierfährenlinie auf die Insel Cijian. Diese Linie befördert jedes Jahr acht Millionen Passagiere über eine jeweils 650 Meter lange Strecke.
Die 100 Tonnen schwere und 23 Meter lange Ferry Happiness, die alle 15 Minuten ablegt, befördert täglich 15.000 Passagiere. Sie ist mit zwei 300 PS starken Dieselmotoren ausgestattet.
Bei der Lösung von Danfoss werden die Dieselmotoren durch zwei Elektromotoren des Typs EM-PMI von Danfoss ersetzt. Sie setzen reluktanzunterstützte Permanentmagnetmotoren ein. Diese Lösung ist kleiner und effizienter als ein Dieselmotor.
Die Antriebsleistung für die Motoren wurde dann mit Umrichtern des Typs Danfoss EC-C1200 bereitgestellt. Zur Regelung des Entladens und Ladens der Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie während des Betriebs wurde ein Umrichter des Typs EC-C1200 als DC/DC-Umrichter eingesetzt. Ein weiterer Umrichter diente als aktives Frontend (AFE), zum Laden der Batterie direkt aus dem Versorgungsnetz der Stadt oder aus den vorhandenen Dieselgeneratoren der Fähre. Dadurch kann die Fähre wahlweise aus dem Versorgungsnetz geladen werden oder aus den Dieselgeneratoren versorgt werden. Die Antriebsmotoren der Fähre werden ebenfalls mit separaten Umrichtern des Typs EC-C1200, die als Motorumrichter fungieren, betrieben.
Dazu wurde ein Umrichter des Typs Danfoss EC-C1200 in Kombination mit einer ausgeklügelten Software zur Koordination des Leistungsflusses eingesetzt. Damit kann der EC-C1200, geregelt durch die aktive Lastverteilungstechnologie des Leistungsmanagement-Systems, unterschiedliche Funktionen ausführen.
Durch diese Einkomponentenlösung gestaltete sich die Aufrüstung der vorhandenen Dieselmotoren unkompliziert. Bei gleichzeitiger Reduzierung des Motorplatzbedarfs wird zusätzlich das Ersatzteilmanagement einfacher.
Weniger Kraftstoff, weniger Lärm, weniger Emissionen und geringere Kosten
Im Jahr 2017 lieferte Danfoss Asiens erste Hybridelektrofähre Asiens aus, die Ferry Happiness. Seitdem wurde sie zu einem Vorbild für den E-Transport in der Region.
Die neue E-Fähre erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von neun Knoten. Das Danfoss-System sorgt dafür, dass die Fähre während 50 Prozent ihrer Betriebszeit rein elektrisch bei Dienstgeschwindigkeit fahren kann. Dieser Wert kann dank der schnellen Landanschlusstechnik auch höher ausfallen.
Schätzungen zufolge spart der Elektroantrieb jährlich mehr als 25.000 Liter Kraftstoff ein. Weniger Dieselverbrauch bedeutet auch weniger schädliche Emissionen. Dies trägt zur Verbesserung der Luftqualität in der Region bei.
Bislang verbraucht die E-Fähre rund ein Drittel (33 Prozent) weniger Kraftstoff, da die Energie nun aus der Landanschlussladung stammt. Nach Schätzungen könnte der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zur ursprünglichen dieselbetriebenen Fähre auf die Hälfte gesenkt werden. Weitere Vorteile des Hybridsystems sind das geringere Betriebsgeräusch und niedrigere Wartungskosten.
Nach dem Erfolg dieses Projekts plant die Stadtverwaltung von Kaohsiung, den Rest ihrer Dieselflotte nachzurüsten und so die Verschmutzung im größten Hafen Taiwans einzudämmen.
Asiens erste Hybridelektrofähre sorgte weltweit für Schlagzeilen. Insbesondere in maritimen Medien wie: Marine Insight, Marine Link, Ship Technology, Ship & Bunker sowie Business Green, Greenport, Charged EVs und Green Style.
ChihHung Lin, Leiter der Abteilung System Development bei SOIC, sagt:
„Die Fähren von Kaohsiung sind ein wichtiger Bestandteil des öffentlichen Nahverkehrs und übernehmen oft die Rolle, die andernorts Bussen zukommt. Taiwans „Hafenhauptstadt“ leidet seit langem unter starker Luftverschmutzung. Der Kohlendioxidausstoß lag vor einigen Jahren doppelt so hoch wie im landesweiten Durchschnitt in Taiwan. Deshalb begann die Stadtverwaltung von Kaohsiung damit, ihre Flotte sauberer zu machen. Derzeit wird die Möglichkeit geprüft, alle elf Schiffe durch diese neue Art von E-Fähre zu ersetzen. All dies wurde durch die Expertise des Marine Teams von Danfoss in der Entwicklung kundenspezifischer Lösungen für Elektroantriebssysteme ermöglicht.“
Kimmo Rauma, Vice President von Danfoss Editron, sagt:
„Nachdem Kaohsiung erkannt hatte, dass die Emissionen der Dieselfährenflotte ein großes Problem für die Stadt darstellen, haben wir sehr gerne mit SOIC gemeinsam an der Entwicklung einer einzigartigen Lösung gearbeitet. Das Fachwissen unseres engagierten Marine-Teams hat uns dabei geholfen, laute, schmutzige und teure Diesel durch den leiseren Hybridantrieb zu ersetzen, ohne Kompromisse bei der Leistung einzugehen. Wir freuen uns auf die weitere Zusammenarbeit mit SOIC, und darauf, den Rest der Flotte und andere E-Fähren-Projekte in ganz Asien zu elektrifizieren.“
Danfoss Editron
Danfoss Editron ist auf hybride und vollelektrische Antriebssysteme für den Off-Highway- und Schiffsmarkt spezialisiert. Als Geschäftsbereich von Danfoss entwickelt und produziert das Unternehmen auf Grundlage der einzigartigen Synchron Reluktanz unterstützen Permanentmagnetmotor-Technologie (SRPM) leistungsstarke Antriebssysteme für Nutzfahrzeuge, Maschinen und Schiffe für den Schwerlastbetrieb.
Danfoss Editron mit Sitz in Lappeenranta, Finnland, hat ein preisgekröntes Team zusammengestellt, das Technologien entwickelt, mit denen die Welt von morgen mit weniger mehr erreichen kann.