Volle Fahrt voraus

In Voll-Elektrischen-Schiffen sorgen Hoch-Temperatur-Supraleiter für einen effizienten Antrieb.

Forscher von Siemens Corporate Technology haben zusammen mit Kollegen der Siemens-Bereiche I&S Marine Solutions und A&D Large Drives einen neuartigen Propellermotor für Voll-Elektrische-Schiffe (VES) entwickelt: Die Synchronmaschine ist Teil eines elektrischen Antriebssystems, das auf die Technologie der Hoch-Temperatur-Supraleitung (HTS) setzt. Mit einer Leistung von vier Megawatt und einem Drehmoment von über 300 Kilonewtonmetern geht der HTS-Motor ins Rennen. Die Wissenschaftler präsentieren das Projekt auf dem Gemeinschaftsstand „Superconducting World“ auf der diesjährigen Hannover Messe.

Die HTS-Technologie bietet dem modernen Schiffbau viele Vorteile: Die Supraleiter der Rotorwicklungen tragen eine Stromdichte, die 100-mal so groß ist wie in herkömmlichen Kupferwicklungen. Dadurch sind deutliche Einsparungen an Masse und Volumen möglich. Außerdem fallen bei der HTS keine elektrischen Verluste an, so dass der Wirkungsgrad steigt. Eine kostengünstigere und wartungsarme Kühlung verspricht das geschlossene und selbst regelnde System, das die supraleitenden Rotorwicklungen des Motors auf 27 Kelvin kühlt. HTS-Motoren schaffen deshalb völlig neue Gestaltungsspielräume bei der Schiffskonstruktion und der Anordnung der Systeme an Bord. In der Folge lassen sich energieeffizientere und besser ausgenutzte Schiffe entwerfen, die die Umwelt schonen und Betriebskosten sparen.

Siemens hatte durch die Entwicklung des weltweit ersten HTS-Generators mit einer Leistung von vier Megawatt einen erheblichen Beitrag auf dem Weg zum Voll-Elektrischen-Schiff mit Supraleitern geleistet. Der erfolgreich im Nürnberger Systemprüfhaus von Siemens getestete Generator wird jetzt durch eine weitere Neuentwicklung aus dem Hause ergänzt – den HTS-Antriebsmotor. Dieser weist im Vergleich zum Generator ein mehr als 30-mal höheres Drehmoment auf. Er ist erheblich kleiner und leichter als ein konventioneller elektrischer Propellermotor. Derzeit wird der erste HTS-Motor hergestellt. 2009 wollen die Entwickler die Maschine in einem Testfeld für Großantriebe einem intensiven Testprogramm unterziehen.

Der neue Antriebsmotor bedeutet einen weiteren Meilenstein in der Fortentwicklung der HTS-Technologie für den Einsatz in Voll-Elektrischen-Schiffen. Bei Kreuzfahrtschiffen oder Megayachten setzt man schon heute auf die Nutzen des elektrischen Antriebs. Auch bei Navy-Schiffen ist dieser Trend erkennbar; erste Schiffe befinden sich bereits in der Planung. Das voll-elektrische Konzept ist dann von Vorteil, wenn der Energiebedarf starken Schwankungen unterliegt. Luxusliner durchqueren die Meere eher gemächlich, fahren viele Häfen an und legen gelegentlich Zwischensprints ein – die dafür benötigte Antriebsleistung ist daher unterschiedlich groß. Auch der Hotelbetrieb ist nicht immer gleich ausgelastet. Mit HTS-Generatoren kann jedoch die von ihnen erzeugte elektrische Energie je nach Bedarf flexibel im Schiff verteilt werden. Auch Passagiere profitieren von der HTS-Technologie: Zwar sind elektrisch angetriebene Schiffe an sich schon leiser als ihre Diesel-Kollegen, doch die Supraleiter verringern die Vibrationen und reduzieren den Lärm durch die Antriebsmaschinen noch weiter.

Der Propellermotor entstand in einer Zusammenarbeit der Siemens-Geschäftsgebiete Industrial Solution and Services (I&S) Marine Solutions, Automation and Drives (A&D) Large Drives sowie der Unternehmensforschung, Siemens Corporate Technology. Die Projektpartner TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH, ThyssenKrupp Marine Systems AG und die Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH unterstützen das Projekt. Gefördert wird das Vorhaben durch das Deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.

Quelle: Siemens AG

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