Die Komplexität vieler Schiffssysteme nimmt durch technischen Fortschritt, steigende Anforderungen an Effizienz und Emissionen und moderne Anwendungsfälle stetig zu. Konventionelle Antriebssysteme haben in der Regel einen diesel-mechanischen Hauptantrieb und ein davon getrenntes elektrisches Bordnetz, das Hilfssysteme und sonstige Lasten versorgt. Aus technischen und ökologischen Gründen werden zunehmend hybride Anlagen in Betracht gezogen, wodurch die Komplexität des Gesamtsystems zunimmt. Die Hybridisierung kann dabei mehrere Bereiche der Schiffstechnik betreffen. Zum einen kann die Antriebsanlage um elektrische Maschinen erweitert werden, wodurch Energie zwischen dem Bordnetz und der mechanischen Antriebsanlage fließen kann (vgl. Abbildung rechts). Dadurch entstehen zusätzliche Freiheitsgrade und eine entsprechende Regelung wird notwendig. Zudem kann die Hybridisierung aber auch die Bereitstellung der elektrischen Energie betreffen, sodass neben den konventionellen Generatorsätzen auch Energiespeicher, wie zum Beispiel Batterien, integriert werden. Ein sicherer und effizienter Betrieb derartiger Anlagen setzt eine detaillierte Auslegung und Abstimmung der einzelnen Komponenten voraus, wobei Simulationen erhebliche Vorteile bieten.
Simulationstool HyProS
Eine Möglichkeit umfangreiche Anlagen zu untersuchen und auszulegen sind Computersimulationen. Dabei erleichtert der Fortschritt im Bereich der Rechenleistung den Umfang der Möglichkeiten. Die Arbeitsgruppe Schiffsmaschinenbau hat aus diesem Grund das Simulationstool HyProS (Hybrid Propulsion Simulation) entwickelt, wobei es sich um eine Verknüpfung bestehender Simulationswerkzeuge zu einer Gesamtsimulation handelt. Die so aufgebaute Co-Simulation kombiniert die Stärken von drei eigenständigen Programmen, sodass unterschiedliche Aufgaben in dafür optimierten Tools gerechnet werden. Es werden folgende Programme eingesetzt:
Matlab-Simulink von The MathWorks: Zentrale Steuerung der Co-Simulation, Regelung der Haupt- und Hilfsanlagen, Abbildung der Antriebsanlage und des elektrischen Bordnetzes.
Für die Kommunikation zwischen E4 und Simulink wurde eine separate Schnittstelle geschaffen. Die Motormodelle aus GT werden hingegen als FMU in die Gesamtsimulation integriert.
Forschungsprojekt Hybridschiffe für alternative Antriebe:
Derzeit erfolgt die Weiterentwicklung von HyProS im Rahmen des Forschungsprojekts Hybridschiffe für alternative Antriebe der FVV (FVV-Nr. 1472/1473). Dabei wird eng mit den Projektpartnern des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Brennstoffzellen der TU Braunschweig und des Instituts für Entwerfen von Schiffen und Schiffssicherheit der TU Hamburg zusammengearbeitet. Unterstützt wird das Projekt von Industriepartnern im beteiligten Projektausschuss. Gegenstand ist neben der Weiterentwicklung der Modellbibliothek und des Funktionsumfangs des Simulationstools eine detaillierte Untersuchung von Regelungsstrategien, die für hybride Schiffsantriebe geeignet sind.
