Die globale Schifffahrt ist ein wichtiger Teil des Transportsektors. 90 Prozent des Welthandelsvolumens werden über See verschifft. Dabei ist die Schifffahrt für ca. drei Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich und steht wie auch die Kreuzfahrtbranche aufgrund der Schadstoffemissionen in der Kritik. Die Branche hat sich daher verpflichtet die CO2-Emissionen bis 2030 um 40 Prozent zu reduzieren – bei gleichzeitig erwarteter Steigerung der Transportleistung. Aus diesem Grund haben sich Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität Hamburg zum Ziel gesetzt, die Effizienz zu erhöhen und die Integration erneuerbarer Energien in der Schifffahrt zu verstärken. Die daraus entwickelten Gleichspannungs-Technologien für die Schifffahrt sollen in Zukunft auf möglichst vielen Schiffstypen angewendet werden.
„Das Energiesystem eines Schiffes ist äußerst komplex und kann Ausmaße einer Kleinstadt annehmen. Aus diesem Grund muss an vielen Stellschrauben gedreht werden, um die Effizienz zu erhöhen“ sagt Professor Thorsten A. Kern, Leiter des Instituts für Mechatronik im Maschinenbau. Gemeinsam mit dem Institut für Elektrische Energietechnik unter Leitung von Professor Christian Becker ist ein Forschungsteam der TUHH am Verbund-Projekt „Sustainable DC-Systems - Gleichstromenergieversorgung auf Schiffen“ (SuSy) beteiligt. Vier wissenschaftliche Mitarbeitende der beiden Institute werden in den nächsten drei Jahren untersuchen, wie das elektrische Energiesystem auf verschiedenen Schiffstypen auf Gleichspannung umgestellt werden kann. „In teilweise auf Gleichspannung basierenden Schiffen konnten bereits 15 Prozent Treibstoffeinsparungen erzielt werden. Das Potential dieser Technologie ist groß und verspricht frischen Wind in die Schiffbauindustrie zu bringen“, so der Professor Kern.
Echtzeitsimulationen statt Feldversuch
Gleichstromnetze in dieser Größenordnung mit einer Fülle an Verbrauchern, wie sie auf Kreuzfahrtschiffen vorliegen, sind auch in landgestützten Anwendungen noch keine etablierte Technologie. Neben dem reinen Aufbau des elektrischen Netzes sind insbesondere die Netzstabilität und die Regelung der Energieverteilung komplexe Fragestellungen, die im Forschungsprojekt untersucht werden. „Sektorgekoppelte Energiesysteme und elektrische Energieübertragung mit Gleichstrom erforschen wir bereits für Energiesysteme an Land und in Flugzeugen. Die dort gewonnenen Erkenntnisse über Wechselwirkungen und Herausforderungen wollen wir als Synergieeffekte in diesem Projekt nutzen“, erklärt Professor Christian Becker.
Die Institute Mechatronik im Maschinenbau und Elektrische Energietechnik stellen ihre Expertise mit einem sogenannten Power Hardware‑in‑the‑Loop Labor und umfangreichen Simulationen im Projekt bereit. Mithilfe dieses Labors lassen sich viele Fragestellungen, die sonst nur in Feldversuchen beantwortet werden können, untersuchen. Möglich wird dies, indem die Bauteile, wie z.B. Stromrichter, im Labor an Hochleistungsnetzgeräte angeschlossen werden, die das reale Energiesystem in Echtzeit simulieren, als befände sich die Komponente an Bord eines Schiffes. Damit wird es möglich, das neuartige Energiesystem experimentell zu untersuchen, ohne Prototypen bauen zu müssen und damit massive Kostensenkungen im Schiffsdesign zu erreichen.
Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit knapp fünf Millionen Euro über eine Laufzeit von drei Jahren gefördert und von der Meyer Werft geleitet. Neben der TU Hamburg sind an diesem Projekt Siemens Energy, das Institut für Vernetzte Energiesysteme des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), morEnergy, Lloyd’s Register sowie die assoziierten Partner Damen Shipyards und Schneider Electric beteiligt.
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Franziska Trede
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