Häufig gestellte Fragen…

Es handelt sich um ein Boot mit einem Antriebssystem, das zwei oder mehr Energiequellen kombiniert: einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und Batterien, die die erzeugte elektrische Energie speichern.

Ziel ist es, den Verbrauch und die Emissionen zu senken, den Komfort zu maximieren und gleichzeitig die Flexibilität der verschiedenen Energiequellen effizient zu nutzen.

Bis zu diesem Punkt ähnelt der Ansatz dem Betrieb eines Hybridautos.

Die Welt der Schiffsantriebe basiert allerdings auf anderen physikalischen Phänomenen, auch wenn hier ähnliche technische Lösungen verwendet werden, die oft von der Automobilindustrie abgeleitet sind: Ein Schiff bewegt sich durch das Wasser dank des Propellerschubs, der den Bewegungswiderstand des Rumpfes überwindet und es dem Boot ermöglicht, sich durch die Wellen vorwärtszubewegen. Bei Autos wird die endothermische Motorkraft genutzt, um die Rollreibung der Räder zu überwinden und sich an Land fortzubewegen.

Abgesehen davon unterscheiden sich die beiden Anwendungen auch durch das Umfeld (Wellenbewegung, Strömungen, keine Abfahrten und Anstiege im Falle des Segelns) stark voneinander. Der größte Unterschied zwischen der Welt der Traktion an Land und der Welt der Schifffahrt wird deutlich: die Notwendigkeit der Standardisierung gegenüber der Notwendigkeit der Anpassung.

Das Auto ist ein Produkt, das trotz der Unterschiede zwischen den Herstellern und Modellen extrem standardisiert ist, sogar im Bereich der Hybridlösungen. Das führt zu einer physiologischen Verflachung der Leistungen.

Die Welt der Schifffahrt im Allgemeinen, und der Yachtsport im Besonderen, ist durch eine enorme Vielfalt von Anwendungen gekennzeichnet: Technische Lösungen, Leistung, Geometrien und sehr unterschiedliche Betriebsprofile kennzeichnen eine offene 5-Meter-Yacht mit Außenbordmotor im Vergleich zu einer 80-Meter-Yacht mit Azimut-Strahlruder.

Diese Variabilität bedeutet, dass für jede Anwendung und jedes Betriebsprofil eine spezielle Antriebslösung entwickelt werden muss, die gleichzeitig die Anforderungen erfüllt.

Hybride Schiffsantriebe werden in zwei Makrokategorien unterteilt: parallele und serielle Hybridantriebe. 

Bei parallelen Hybridantriebssystemen sind sowohl der Dieselmotor als auch der Elektromotor mit dem Propeller verbunden. Das Schiff kann dann entweder nur durch den Dieselmotor, nur durch den Elektromotor oder durch eine Kombination aus beidem angetrieben werden. Dies ist auch die häufigste Konfiguration im Automobilsektor.

Bei einem seriellen Hybridsystem wird die elektrische Energie von einem Dieselmotor erzeugt, der mit einem Generator gekoppelt ist: In Kombination mit einem Energiespeichersystem (Batterien) versorgt der Generator den Elektromotor, der als einziges Bauteil mit dem Propeller verbunden ist, mit Strom.

Batterien wandeln chemische Energie in elektrische Energie um, indem sie eine oder mehrere Zellen enthalten, die Energie speichern und nach außen übertragen. Es gibt verschiedene Arten von Batterien, jede mit ihren Eigenheiten, die in der Lage sind, spezifische Anforderungen in Bezug auf Größe, Design, Betriebstemperaturen und Chemie zu erfüllen. 

Lithiumbatterien sind derzeit im Vergleich zu den traditionellen und bekannteren Bleibatterien auf dem Vormarsch. Dann gibt es die neuen Salzbatterien, die bei niedrigeren Temperaturen arbeiten können, ungiftig und recycelbar sind und keine Brandgefahr darstellen.

Blei-Säure-Batterien sind wirtschaftlich und in vielen Größen erhältlich, erfordern aber einen hohen Wartungsaufwand.

Lithiumbatterien, insbesondere NMC (Nickel-Mangan-Kobalt), LFP (Lithium-Eisen-Phosphat) und LTO (Lithium-Titanat), verzeichnen dank des Booms der Elektromobilität und ihrer hohen Energiedichte ein exponentielles Wachstum. Diese Batterien werden für die Versorgung von Hilfslasten und häufig als Antriebsbatterien eingesetzt. Trotz ihrer hohen Leistung weisen sie einige Sicherheitsprobleme auf, die es zu lösen gilt (insbesondere aus thermischer Sicht). Erhebliche Entwicklungsspannen versprechen für die Zukunft weitere Verbesserungen.

Festkörperbatterien könnten viele der derzeitigen Probleme von Lithiumbatterien lösen, da sie eine noch höhere Energiedichte aufweisen können, ohne entflammbar zu sein. Sie haben eine kompaktere und flexiblere Bauweise, was für den Schwerlastverkehr und die Schifffahrtsindustrie erhebliche Vorteile mit sich bringt.

Lithium-Luft-Batterien stellen eine potenzielle Revolution dar, da sie eine höhere Energiedichte bieten.

Das Batteriemanagementsystem (BMS) kann die Autonomie und Sicherheit des Batteriesatzes überwachen und steuern, indem es die Spannungen, Temperaturen und Ströme der einzelnen Zellen kontrolliert. 

Das BMS überwacht den Ladezustand und die Kapazität der Batterie, zeigt ihren Gesundheitszustand an und verhindert den Betrieb außerhalb der Sicherheitsgrenzen. 

Brandmeldesysteme, die an ein zentrales Alarmsystem angeschlossen sind, sorgen für eine sofortige Reaktion und gewährleisten die Sicherheit an Bord. 

Trotz Ängsten und mangelndem Vertrauen zeigen die jüngsten Forschungen und Investitionen im Bereich der Batterien, dass eine effizientere, sichere, zuverlässige und nachhaltige Navigation möglich ist. Mit sichereren, nachhaltigen Batterien, die eine größere Autonomie des Schiffes gewährleisten, hat die Zukunft der Seeschifffahrt alle Voraussetzungen, um ebenso vielversprechend, effizient und ökologisch zu werden wie der Automobilsektor. 

Der erste Vorteil eines seriellen Hybridantriebssystems besteht darin, dass es dem Antriebssystem eine erhebliche Flexibilität bietet, die Leistung der Dieselmotoren optimiert und ihre Effizienz verbessert. Diese Flexibilität ist auf die vollständige Trennung zwischen Energiequellen und -verbrauchern zurückzuführen, die ein effizienteres Energiemanagement ermöglicht. Die größere Unabhängigkeit der primären Energiequelle, des Dieselmotors, und seine mechanische Entkopplung vom Antriebsstrang tragen auch zu einem höheren Komfort an Bord bei, da Geräusche und Vibrationen deutlich reduziert werden.

Der Einsatz dieser Art von Antrieb hat jedoch erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtkosten des Schiffes: Je komplexer das System ist, desto höher ist der Konstruktionsaufwand, der erforderlich ist, um es so vollständig und effizient wie möglich und entsprechend den Bedürfnissen und Anforderungen des Schiffes zu gestalten.

Die Anfangsinvestitionen werden daher höher sein als bei herkömmlichen Antrieben.

Die Herausforderung für das Hybrid and Electric Drive Solutions Team von VULKAN wird noch größer, wenn es um die Implementierung eines seriellen Hybridantriebs auf einem bestehenden Schiff geht. 
In diesem Fall müssen die VULKAN Experten das vorhandene Layout, die relativen Gewichte und Größen der Maschinen, die verfügbaren Räume und die bereits verwendeten Technologien sorgfältig berücksichtigen.  

Stellen Sie sich vor, Sie fahren auf einem Schiff mit einem variablen Betriebsprofil über einen begrenzten Zeitraum mit häufigen Phasen der Beschleunigung und Verzögerung: Große Vergnügungsschiffe (Superyachten über 60 Meter), Passagierschiffe (Kreuzfahrten) oder Arbeitsschiffe sind das perfekte Beispiel für Anwendungen, wo ein serieller Hybridantrieb die beste Lösung ist.

Die Situation ändert sich (und zwar erheblich), wenn es sich um mittelgroße Geräte handelt, bei denen der verfügbare Platz begrenzt ist, die jährlichen Betriebsstunden selten hohe Werte erreichen (5.000 Stunden) und Komfort und Entspannung für den Nutzer im Vordergrund stehen. 

Bei parallelen Hybridantriebssystemen (bei denen der Elektromotor dieselbe Achse wie der Dieselmotor hat) weisen sowohl die Reihen- als auch die Parallelkonfigurationen (bei denen die Elektromotorwelle der Antriebswelle "untergeordnet" ist) unterschiedliche Merkmale und Auswirkungen auf.

Die Inline-Konfiguration bietet offensichtliche Vorteile: 

• Kompaktheit und Leichtigkeit sind perfekt für begrenzte Räume.
• Die Robustheit und Zuverlässigkeit des Systems gewährleisten eine gleichbleibende Leistung über einen längeren Zeitraum.
• Dank der Modularität, die durch die Standardisierung der Hybridkomponenten erreicht wird, und der fortschrittlichen elektrischen Sicherheit, die den höchsten Industriestandards entspricht, wird ein zusätzliches Sicherheitsniveau erreicht.
• Die kundenspezifische Anpassung ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen, bei denen Dieselmotoren unterschiedlicher Leistung mit Elektromotoren kombiniert werden, die den spezifischen Anforderungen des Projekts und des Kunden entsprechen.
• Die Flexibilität des Pakets macht es sowohl für Freizeit- als auch für Handelsschiffe ideal.

Andererseits zeichnet sich die Parallelkonfiguration (mit "Sekundärwelle") durch eine größere Flexibilität bei der Steuerung des Untersetzungsverhältnisses zwischen der elektrischen Maschine und der Propellerwelle aus, wodurch der Wirkungsgrad des Antriebssystems optimiert wird.

Der Parallelhybrid ist die perfekte Lösung für Einheiten, die einen elektrischen Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten und kleinen Elektromotoren und Batteriepaketen erfordern. Die elektrische Maschine ist über ein PTO/PTI (Power Take Off/Power Take In) genanntes System mit der gleichen Wellenlinie wie der endothermische Motor verbunden.

Eine solche Konfiguration hat folglich ein höheres Gesamtgewicht, da ein zusätzliches mechanisches Getriebe und ein Elektromotor verwendet werden. Dies wirkt sich auf den Kraftstoffverbrauch des Schiffes aus und erfordert mehr Bauraum.