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Foto: Danfoss
Emissionsfreie Elektro-Fähre Future of the Fjords nutzt Danfoss-Technologie.

Antriebs- und Steuerungstechnik

Emissionsfreie Elektrofähre

Projekt „Saubere Fjorde“: Erste Elektro-Fähre „Future of the Fjords” nutzt Danfoss Technologie für emissionsfreie Fahrt .

42 m lang, 15 m breit, Platz für bis zu 400 Passagiere: Seit Mai 2018 ist die „Future of the Fjords” als erste emissionsfreie Elektro-Fähre in Norwegen in Betrieb und baut dabei auf Danfoss Technologie. Hinter der Elektrifizierung der Fähre steckt das langfristige Regierungsziel, ab dem Jahr 2026 nur noch emissionsfrei-fahrende Elektroschiffe in die zum Unesco-Welterbe gehörenden westnorwegischen Fjorde zu lassen. Seit gut zwei Jahren ist die „Future of the Fjords” zwischen Flåm und Gudvangen in Norwegen unterwegs. Pro Jahr absolviert sie etwa 700 Fahrten. Das Besondere an ihr: Die 42 m lange und 15 m breite Fähre wird von zwei 450-kW-Elektromotoren angetrieben. Die “Future of the Fjords” ist damit das erste völlig emissionsfrei, vollelektrisch betriebene Passagierschiff. Mit einem Rumpf aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen bietet sie Platz für 400 Passagiere. Dieser besondere Elektrokatamaran minimiert die Umweltbelastung in den norwegischen Fjorden und maximiert gleichzeitig das Naturerlebnis für die Passagiere auf der Route durch den unberührten Nærøyfjord. Die Energie für ihren Betrieb stellt ein Batteriespeicher mit einer Kapazität von 1.800 kWh bereit. Rund 16 kn – ca. 30 km/h – kann die Elektro-Fähre maximal erreichen und damit 55 km weit reisen. In einem innovativen Verfahren wird das Schiff von einer einzigartigen schwimmenden Power-Dock-Batteriestation mit einer Kapazität von 2.400 kWh in nur 20 min geladen.

Elektrofähre Future of the Fjords erfüllt norwegische Emissionsziele für 2026 bereits heute

Die norwegischen Fjorde sind auf dem Weg in eine Null-Emissions-Zukunft: Im Jahr 2018 verabschiedete das norwegische Parlament einen Beschluss, seine einmaligen Fjorde so bald wie möglich, spätestens jedoch bis zum Jahr 2026, zur Null-Emissionszone zu machen. Damit wurde eine Frist für die Schiffsbetreiber in den Fjorden festgelegt, innerhalb derer sie aufgefordert sind, die von ihren Schiffen ausgehende Verschmutzung zu beseitigen.

Bevor die norwegische Regierung diese Emissionsziele festlegte, war die Elektrifizierung von Fähren zwischen den Fjordhäfen bereits auf der Agenda einiger Betreiber. Hilfreich ist dabei, dass die Wasserwege in den Fjorden häufig kurz sind. Mit der “Future of the Fjords” gelang es schließlich der Reederei The Fjords einen neuen Standard im umweltverträglichen Personentransport zu setzen – und dass acht Jahre früher als staatlich vorgeschrieben. Unterstützt wurde der Betreiber dabei vom Systemintegrator Westcon Power & Automation und Danfoss.

Der Schlüssel für den Betrieb der Fähre liegt in ihrer optimierten Energieeffizienz. Dafür kommen auf der "Future of the Fjords" zahlreiche High-Tech-Lösungen zum Einsatz, die einen möglichst geringen Energieverbrauch gewährleisten. Dazu gehört unter anderem die Wahl des Baumaterials: Leichte Carbon-Sandwich-Laminate für den Rumpf und die Aufbauten sorgen für etwa die Hälfte des Gewichts im Vergleich zu herkömmlichen Materialien. Für ihr innovatives und nachhaltiges Design wurde die Elektro-Fähre auf der internationale Leitmesse der maritimen Wirtschaft SMM zum Schiff des Jahres 2018 gekürt.

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Foto: Danfoss
Vacon-NXP-Produktfamilie

Eine saubere Leistung

Das batteriebetriebene Antriebssystem von Westcon sorgt dafür, dass die Luftverschmutzung mit NOx- und CO2-Emissionen der Vergangenheit angehört und reduziert gleichzeitig Betriebslärm und Vibrationen. Herzstück des Schiffes ist ein Batteriepaket, das die beiden Elektromotoren antreibt. Wenn es aufgeladen ist, kann das Schiff mehr als zwei Stunden lang mit einer Geschwindigkeit von 11 kn fahren.

Dabei wird kein Aspekt der Leistungsoptimierung dem Zufall überlassen. Danfoss Lösungen aus der Vacon-NXP-Produktfamilie sind in die Westcon-Systeme auf dem gesamten Schiff integriert und arbeiten ständig hinter den Kulissen, um die Leistung zu kontrollieren, zu regulieren und zu optimieren. Sowohl der Hauptantrieb als auch die Bug- und Heckstrahlruder sind mit Vacon-Frequenzumrichtern ausgestattet, um die Geschwindigkeit zu steuern und den Stromverbrauch und die Manövrierfähigkeit zu optimieren. Der Vacon NXP Grid Converter versorgt die Hilfsschaltschränke zuverlässig mit Strom. Alle Danfoss-Frequenzumrichter gewährleisten eine sichere und hocheffiziente Energieumwandlung aus dem Batteriepaket. Damit gewährleisten sie den zuverlässigen Betrieb des 770 t-Kolosses und reduzieren den Wartungsaufwand auf ein absolutes Minimum.

Voller Schub voraus

Energie muss auf der Elektrofähre effizient genutzt und gespeichert werden, um die Leistung zu verbessern. Sinkende Kosten und eine erhöhte Energiedichte bei Batterien machen sie zu dem am besten integrierbaren Energiespeichermedium, das heute verfügbar ist. Ihr Einsatz wächst aus diesen Gründen rasant. Um die unterschiedlichen Energiequellen an Batteriespeicher anzuschließen, werden DC/DC-Wandler benötigt.

Für die Elektrofähre entwickelte der Systemintegrator Westcon das einzigartige Antriebssystem – es umfasst 8 Batterieracks mit 17 Modulen und verfügt über eine Kapazität von 1.800 kWh – das zwei Tonnen leichter als die nächstbeste Alternative ist. So wurde die erforderliche Antriebsleistung gesenkt. Dieser enorme Effizienzvorteil war nur durch die Flexibilität der Danfoss Vacon-Frequenzumrichter realisierbar, erklärt Frode Skaar, Business Development Manager bei Westcon: "Dank der Vielseitigkeit der Danfoss Frequenzumrichter, die mit vielen alternativen Technologien voll kompatibel sind, konnten wir sowohl die Energieversorgung an Board als auch die an Land sehr agil gestalten. So konnten wir einen Antrieb realisieren, der zwei Tonnen leichter als üblich ist, weniger Komponenten benötigt und geringere Leistungsverluste verzeichnet, was insgesamt zu einem besseren System führt.“

Mit den Vacon-Frequenzumrichtern konnte Westcon auch Herausforderungen im Wärmemanagement der Fähre bewältigen. Ein Danfoss Hochleistungstemperaturfühler ist an die Steuerung des Lüfters im Batterieraum angeschlossen, um sicherzustellen, dass die Temperatur dort immer richtig ist.

Das erste schwimmende Powerdock der Welt

Das örtliche Stromnetz am Hafen Gudvangen hat nicht genügend Kapazität, um die Future of The Fjords direkt zu laden. Während das Batteriepaket der Fähre insgesamt 1.800 kWh benötigt, kann das örtliche Netz nur 1.200 kWh bereitstellen. Zum Vergleich: Diese Kapazität ermöglicht das einmalige Aufladen von rund 285.000 Smartphones. Daher wurde eine schwimmende Ladestation – das sogenannte Powerdock – mit 2,4 MWh Ladekapazität von Westcon entwickelt: 1,2 MWh kommen hierbei aus einem Batteriepack und 1,2 MWh direkt aus dem örtlichen Netz. Auch hier kommen Vacon-Frequenzumrichter zum Einsatz.

Das Powerdock kümmert sich außerdem auch um Grau- und Schwarzwasser aus der Future of the Fjords und sorgt dafür, dass keine Verschmutzung durch Abwassereinleitungen in die Fjorde entsteht. Das Besondere an dem 40 m langen, fünf Meter breiten und 0,9 m hohen Powerdock ist nicht nur seine Mobilität, sondern auch die Möglichkeit, an Land Autos, Busse oder weitere Transportmittel damit zu laden.

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Foto: Danfoss
Schwimmender Powerdock.
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