Umweltfreundlich, wirtschaftlich, zuverlässig und einfach: Parallel-Hybrid-Antriebe bringen nur Vorteile

Elektromotoren erzeugen keine Emissionen und sind sehr nutzerfreundlich. Schiffe, die von Elektromotoren angetrieben werden, sind leise, werden deutlich weniger von Vibrationen erschüttert und sind einfach zu bedienen. Und nicht zuletzt ist ein Parallel-Hybrid-Antrieb auch wirtschaftlich attraktiv. Leroy Somer und Control Techniques beliefern seit vielen Jahren verschiedene Schifffahrts- und Schiffsbauunternehmen. In Zusammenarbeit mit Mayday Electronics haben sie nun ein hochleistungsfähiges Antriebssystem entwickelt, das im Bereich der Hybridtechnologie führend ist. Das System wurde für CNB PRO, eine Handelsmarke des französischen Schiffsbauunternehmens Construction Navale Bordeaux (Bénéteau Group) und seinen Kunden NAVE VA entwickelt.

Bildunterschrift: Dank des Hybridantriebs können 135 Passagiere Korsikas Naturschutzgebiet Scandola mit der Fähre erkunden, ohne dass es zu einem Ausstoß von CO2-Emissionen käme. Durch den Einsatz von Batterien entfallen zudem die Lärmemissionen, die sonst von Verbrennungsmotoren ausgehen.

Der korsische Reiseveranstalter NAVE VA vertraut auf CNB PRO´s Knowhow im Bereich der Passagierfähren und auf die Expertise der Schiffsarchitekten bei Bureau Mauric und hat daher unlängst ein neues Modell des Hybridantriebs CNB PRO 20 gekauft. Da sich NAVE VA auf Reisen in Naturschutzgebiete spezialisiert hat, sieht es das Unternehmen als seine Verpflichtung gegenüber der Umwelt an, seine Schiffe mit der neuen Technologie auszustatten.

Soll in Häfen oder in Naturschutzgebieten bei niedriger Geschwindigkeit manövriert werden, schaltet die Fähre auf Elektroantrieb um. «Die Stille ist überwältigend», erläutert Eric Brun von Mayday. Das Antriebssystem, das von diesem Unternehmen für die hybriden Fähren konstruiert und geliefert wird, erreicht Geschwindigkeiten von 6-8 Knoten, was für den genannten Einsatzzweck völlig ausreichend ist.

Schnelle Amortisation
Im Unterschied zum Seriellen Antrieb kann die Größe des Parallel-Hybrid-Antriebs genau auf die gewünschten Anforderungen abgestimmt werden. So kann der Elektromotor in den Schiffen des Unternehmens NAVE VA auf einen Betriebsmodus von 6-8 Knoten Geschwindigkeit eingestellt werden. Auf diese Weise ist maximale Effizienz gegeben: Bei langsamer Geschwindigkeit läuft der Elektromotor im optimalen Betriebsbereich. Darüber hinaus ist der Antrieb bei gleicher Reichweite sehr viel leichter. Schließlich können die Verbrennungsmotoren an Bord abgeschaltet werden, wenn die Elektromotoren laufen. Die Schiffswerft CNB PRO in Bordeaux (Westfrankreich) als Teil der Bénéteau Group weiß genau, welchen entscheidenden Vorteil die Hybrid-Antriebe mit sich bringen: «Bei niedrigen Geschwindigkeiten bietet sich ein Einsatz von Dieselantrieben kaum an. Sie sind dann einfach nicht effizient und neigen zu Fouling. Dadurch, dass der Dieselmotor abgeschaltet werden kann, wenn das elektrische Antriebssystem in Betrieb genommen wird, verlängert sich natürlich auch seine Lebensdauer. Bei manchen Anwendungen kommt es sogar zu einer Verdoppelung der Lebensdauer», erläutert Pierre Lompech von CNB PRO.

Im Falle der NAVE VA Fähre bedeutet das, dass der Motor erst nach sechzehn Jahren statt nach acht Jahren ausgetauscht werden muss. Im vorliegenden Fall ist der Austausch der beiden Dieselmotoren genauso teuer wie das elektrische Antriebssystem.

«Wenn bei Wende- und Anlegemanövern in Häfen und bei Fahrten mit niedriger Geschwindigkeit ein elektrisches Antriebssystems anstatt der eingebauten Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommt, müssen die Dieselmotoren nicht mehr bei geringer Leistung laufen und arbeiten damit fast immer effizient. Bei Teillastbetrieb kann also eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Wartungskosten erreicht werden. Pro Stunde können 70 Liter Kraftstoff pro Dieselmotor, d.h. 140 l pro Schiff eingespart werden. Wenn man bedenkt, dass ein Elektroantrieb je nach Kapazität der Batterien zwischen 350.000 und 400.000 EUR kostet und Schiffsexkursionen ein saisonales Geschäft sind, ist davon auszugehen, dass sich die Investition in einen Hybrid-Antrieb schon in weniger als vier Saisons rechnen wird. Außerdem steigt gleichzeitig die Lebensdauer der Dieselantriebe und die Wartungsintervalle verlängern sich», sagt Pierre Lompech.

Natürlich verfügt der Elektroantrieb, wie das bei Passagierfähren üblich ist, über ein Notfallsystem.

Eine Technologie mit Zukunft   
«Heute ist an immer mehr Einsatzorten die Verwendung eines Elektroantriebes vorgeschrieben und zwar nicht nur in Naturschutzgebieten. Vor diesem Hintergrund arbeiten wir an einem Hybridsystem, namentlich an einem Parallel-Hybridsystem, das für Schiffe mit einer Länge von 30 Metern bestens geeignet ist. Es kann jedoch gleichermaßen im regulären Fährbetrieb, auf Verbindungen zwischen zwei Häfen, in der Binnenschifffahrt oder in Freizeitbooten eingesetzt werden», erläutert Pierre Lompech.

Das Passagierschiff, das an NAVE VA geliefert wurde, ist mit zwei 800 PS-Motoren ausgestattet, die im Dieselbetrieb eine Geschwindigkeit von 20 Knoten ermöglichen. Die Maximalgeschwindigkeit bei elektrischem Betrieb beträgt 8 Knoten. Bei einer Fahrgeschwindigkeit von 6 Knoten halten die Batterien 6-8 Stunden. Die Batterien können in maximal 6 Stunden über eine dreiphasige Stromversorgung am Kai oder über den bordeigenen Generator wieder aufgeladen werden.

«Möglicherweise können Elektroantriebe in Zukunft noch kostengünstiger angeboten werden. Die Batterien brauchen eine Menge Platz und sind mit Betriebskosten von ungefähr 1 EUR pro Wattstunde immer noch ziemlich teuer. Bei einer installierten elektrischen Leistung von 125 Kilowattstunden machen die Kosten für die Batterien etwa die Hälfte der Gesamtkosten für das Antriebssystem aus. Die restlichen Kosten entstehen durch das mechanische Antriebssystem, die zwei Motoren und die Getriebe. Alle Antriebsteile sind für die Schifffahrt bestens geeignet. Die Motoren und Getriebe werden im Trockendock installiert, die Befestigungen sind aus rostfreiem Stahl, häufig können Einzelteile durch einfache Maßnahmen wie einen Farbanstrich vor den rauen Bedingungen in der Schifffahrt geschützt werden», erklärt Eric Brun.

«Trotz dieser enormen Vorteile sind besonders in Frankreich bisher nur wenige Parallel-Hybrid-Systeme in Betrieb. Neben den Passagierfähren zählen kleinere Sport- oder Freizeitboote, Superyachten und Militärschiffe zu den typischen Einsatzgebieten», sagt Eric Brun.

Leroy Somer und Control Techniques haben sich weltweit auf die Produktion und Lieferung von  Antriebslösungen spezialisiert und bieten zahlreiche Produkte an, die speziell für den Einsatz in der Schifffahrt konstruiert wurden.

«Wir haben uns für einen Dyneo^®-Synchronmotor der Baureihe LSRPM mit Permanentmagneten und  einem Drehzahlbereich von 750-3000 Umdrehungen pro Minute entschieden, da dieser vor allem durch seine hohe Leistungsfähigkeit und seine kompakte Ausführung überzeugen konnte. Wir haben uns auch andere kompakte Motoren angesehen, aber diese benötigten separate Kühlsysteme und dadurch wäre die Installation bei dem begrenzten Platzangebot, das im Maschinenraum zur Verfügung steht, schwierig geworden. Darüber hinaus hat Leroy Somer angeboten, den Motor speziell für die Seefahrt auszurüsten, indem der ganze Motorblock in ein Aluminiumgehäuse eingebaut wurde, das für diese besonderen Umgebungsbedingungen bestens geeignet ist», fügt Eric Brun hinzu.

«Außerdem sprach die hohe Zuverlässigkeit der Produkte für einen Motor von Leroy Somer und Control Techniques. Das erste Schiff, das mit Motoren von Leroy Somer und einem Antriebssystem von Mayday ausgerüstet wurde, ist seit April 2012 dauerhaft im Einsatz. Das Schiff Helios im südfranzösischen Marseille wurde von dem Transportunternehmen ICARD Maritime in Auftrag geben und hat bereits über 2000 Fahrten ohne irgendwelche Probleme hinter sich gebracht. Grundsätzlich kaufen wir nur Industriemotoren, die sich weniger in der Schifffahrt als vielmehr in der produzierenden Industrie bewährt haben. Denn in der Schifffahrt werden die Motoren nur wenige Stunden pro Tag eingesetzt, in der Industrie hingegen laufen sie häufig 24 Stunden am Tag», schließt Eric Brun.

«Die Schifffahrt ist für uns zu einem wichtigen Markt geworden», erläutert Matthieu Herieau, Maritime Market Business Development Manager bei Leroy Somer. «In diesem Bereich geht es vor allem darum, maximale Leistung auf sehr beschränktem Raum unterzubringen. Unsere Produkte erreichen dies durch ihren hohen Wirkungsgrad und ihre kompakte Ausführung.» Die drehzahlvariablen Synchronmotoren mit Permanentmagneterregung sind Teil der Dyneo-Baureihe. Diese umfasst die LSRPM-Motoren von Leroy Somer und die neueste Umrichter-Generation Unidrive-M von Control Techniques. Die LSRPM-Motoren nutzen eine von Leroy Somer patentierte Technologie mit einem Magnet-Rotor. So wird dank der innovativen Konstruktion in jedem Drehzahlbereich ein Wirkungsgrad erreicht, der weit über den in der Industrie geforderten Werten liegt.

Im Vergleich zu Asynchronmotoren fallen die Synchronmotoren deutlich kleiner und leichter aus. Die Umrichter der Baureihe Unidrive M von Control Techniques garantieren einen geringeren Energieverbrauch sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit und Flexibilität. Auf diese Weise können die Gesamtkosten für Installation und Betrieb spürbar verringert werden.


Bildunterschrift: Seit 1968 hat sich NAVE VA auf Schiffsexkursionen in die wunderbare Natur von West- und Südkorsika spezialisiert. Bei dem Unternehmen werden ethische Werte und Nachhaltigkeit groß geschrieben.


Bildunterschrift: Die Dyneo^®-Motoren der LSRPM-Baureihe von Leroy Somer bieten einen hohen Wirkungsgrad und ein außerordentlich kompaktes Design.


Bildunterschrift: Motorsteuerung mit einem Umrichter der Baureihe Unidrive M von Control Techniques.

Die Vorteile der Antriebslösungen von Leroy Somer und Control Techniques / Mayday Electronics auf einen Blick:

•    Verbesserter Komfort: keine Geräuschentwicklung, kein Treibstoffgeruch, keine CO2-Emissionen

•    Vorteile beim Betrieb: Verringerter Kraftstoffverbrauch, geringerer Wartungsaufwand, schnelle Amortisation, Verlängerung der Lebensdauer des Antriebssystems

•    Technologie, die sich auch für einen Einsatz von Antriebssystemen mit geringer Einbaugröße, geringem Gewicht und niedrigem Treibstoffverbrauch eignet  

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