Hybridantriebe: Siemens sendet die Maschinen ein

Amazon-Stil: Anbieterroboter warten das Robotermontageteam. Bildnachweis: William Stoichevski

Amazon-Stil: Anbieterroboter warten das Robotermontageteam. Bildnachweis: William Stoichevski

Der Kampf eines Roboters gegen Emissionen: Siemens-Gelenkroboter unterschiedlicher Größe montieren Batteriestapel in Trondheim, Norwegen. Bildnachweis: William Stoichevski

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Ermutigt durch den Erfolg eines Hybridantriebsprogramms unternimmt Siemens alles in Norwegen, um die Produktion dieses Kern-Energiespeichers, der Lithiumbatterie, zu automatisieren. Offshore-Service-Schiffscharter, Rig-Besitzer, Fährunternehmen und Schiffseigner sind der Zielmarkt. Die technische Universität von Trondheim und die jüngste Geschichte des Hostings von Batterieherstellern und Systemintegratoren haben das Launchpad für neue Anwendungen mit den neuen BlueDrive Plus C-Laufwerken und -Batterien geschaffen.

Odd Moen, der norwegische Leiter für Strategie und Geschäftsentwicklung bei Siemens, steckt voller Erkenntnisse: „Sie wissen, dass ein Kilogramm Kabeljau einen Trawler 0,5 Liter Schiffsöl kostet, um zu fischen“, sagt er. Sein ernster Ausdruck wird milder. "Sie sollten wirklich eine Flasche (Motor-) Öl mit Ihrer Flasche Wein auf den Tisch stellen." Tatsächlich soll der CO2-Fußabdruck von Kabeljau 356 Gramm CO2 pro 0,256 Fische betragen, ein Hinweis darauf, dass man hart mit Schiffstreibstoff fischt.

Moen führt uns in die brandneue Fabrik von Siemen, in der Meeresenergiespeichersysteme (ESS) hergestellt werden. Dies ist das Herzstück eines Plans zur Ausstattung und zum Verkauf weiterer BlueDrive Plus C-Laufwerke. Der neue Antrieb soll eine sicherere, rentablere und umweltfreundlichere Option für Reeder aller außer den größten Schiffen sein. Die Fabrik ist nur wenige Wochen alt, wird aber voraussichtlich „Öl, Gas und andere zukunftsorientierte Schiffe“ bedienen. Vor einem Jahr agglomerierte die Anlage Batterien von Hand (nicht die erste, die auf diese Weise startete). Jetzt erledigen Roboter die alltägliche Arbeit, Stapel von Batteriepacks hinter Metallzäunen zu bauen. Einige dieser unermüdlichen, orange bewaffneten Arbeiter stapeln und drehen sich in einem gleichmäßigen Abstand.

"Wir gehen davon aus, dass sich der Markt in drei Jahren verdoppeln wird", sagt Moen gegenüber Maritime Technology Reporter, während andere die Slick-Maschinen bewundern. Er nickt vorsichtig beim Fotografieren. Immerhin war die Herstellung von Marine-ESS in Trondheim hinter den Kulissen eine Art Schlachtfeld. Von zwei kanadischen Unternehmen, Corvus und PBES, überlebt nur Corvus. PBES zog sich zurück, um Leben in einer neuen Fabrik in Deutschland zu finden.

Integrierter Integrator
Siemens hat sowohl als Systemintegrator als auch als Hersteller von Schiffs-ESS den offensichtlichen Vorteil, dass es nicht länger auf eine unruhige Batterieproduktion warten muss. Nennen wir es einen integrierten Integrator. In unmittelbarer Nähe müssen Norwegens zunehmend grüne Flotten von ROPAX- und Offshore-Küstenschiffen mit Vollbatterie und Hybridantrieb bedient werden. Laut Moen gibt es zunehmend Bestellungen für Fähren und eine wachsende Liste größerer Schiffstypen. „Eine kleine Anzahl von Batterien liefert enorme Ergebnisse. Acht Kubikmeter Akkus sind alles, was Sie für die riesigen neuen Schiffe benötigen. “

Um diese in Eile herzustellen, schickte Siemens genau diese Truppe von 12 Gelenk-, Doppelarm- und Palettierrobotern. Wir waren unter den ersten Besuchern, und einige Roboter waren noch in ihrer Fabrikverpackung bedeckt. Die digital kontrollierte Produktion - mit Barcode-Qualitätskontrolle entlang der gesamten Wertschöpfungskette - war das, was wir beobachteten, als Roboter gebogene, belastete Rücken und die Drehungen einer Handvoll Techniker simulierten. Bereits Moens Bots können genug Batterien für 300 bis 400 Fähren pro Jahr produzieren.

Auf dem Produkt stellen wir fest, dass schwankendünne Kanäle für Batteriekühlmittel auf eine Siemens-Qualitätsproduktionstechnik vom Kontinent hinweisen. "Nicht China?" wir fragen. "Nein", kommt die Antwort. Moen, der die Luft eines MASH-Chirurgen hat, ist bemüht, die Wasser- und Zelltemperaturübertragung der neuen Siemens-Batterie sowie die drahtlose Überwachung und Steuerung dieser Systeme zu erklären. Warum drahtlos? "Sonst wäre die Anzahl der Signalkabel zu groß", sagt er. Eines dieser Module wiegt 60 Kilogramm, kann jedoch „Tonnen“ gigantischer Schiffsmotorteile ersetzen. Tatsächlich ermöglichen die BlueDrive Plus C-Laufwerke auch die reine Schiffsstromversorgung für kürzere Fährüberfahrten.

Der Kampf eines Roboters gegen Emissionen: Siemens-Gelenkroboter unterschiedlicher Größe montieren Batteriestapel in Trondheim, Norwegen.
Bildnachweis: William Stoichevski Precursors
Die Integration von Batterien in Bordstromversorgungssysteme ist für Siemens nichts Neues. Neu ist die Nachfrage - Dutzende, möglicherweise Hunderte von Fähren sowie eine Reihe kleiner und mittlerer Schiffsbestellungen - und eine Pipeline neuer Konzeptschiffe.

Das Unternehmen ist seit 110 Jahren in Trondheim und die Hälfte seiner 600 Mitarbeiter sind Ingenieure (obwohl viele ausnahmslos einer spezialisierten norwegischen Ingenieurkohorte angehören, die mehr Techniker als Ingenieure sein könnte). Trotzdem beschäftigen die Mitarbeiter von Siemens hier viele neue Doktoranden und Doktoranden, und die nahe gelegene NTNU-Universität ist eine Rekrutierungsbasis mit Hybridantrieb. Draußen zeigt Moen auf ein rot gestrichenes Gebäude, in dem das Unternehmen Strom für abgelegene Unterwasser-Ölfeldentwicklungen entwickelt. Die jahrelange Entwicklung der elektrischen Schaltanlagen von Siemens macht alles möglich, einschließlich Schiffsantriebe.

Tatsächlich erschien 1998 in Norwegen das erste elektrisch angetriebene Plattformversorgungsschiff von Siemens nach einer drei Jahre dauernden Herausforderung durch den Reeder. Moen erinnert sich, dass der Treibstoffverbrauch zwar um 35 Prozent gesenkt wurde, die Mängel bei den Zulieferern jedoch aufgedeckt wurden: „Wie bei der ersten Fähre mit LNG-Antrieb wurde die Beschleunigung des Lernens in der Lieferkette zu einem Schwerpunkt auf diesem Weg. Wir haben es ebenso geliefert wie das erste (Hybrid-) Langleinen-Fischereifahrzeug. “

Besser mit Batterien
Vor drei Jahren hat Edda Freya - „das umweltfreundlichste Offshore-Bauschiff“ - laut Charterer Equinor 30 Prozent Kraftstoff eingespart, obwohl sechs Dieselmotoren die Propeller antreiben und die vier Akkus aufladen.

Davor war es das „weltweit erste elektrische Fischereifahrzeug“, das mehr Platz für den Transport eines Fischers bot und bei Verwendung in der gesamten Flotte jährlich 180.000 t weniger Kraftstoff verbrauchte, während es nach dem Aufladen die ganze Nacht 540.000 t weniger CO2 ausstieß für etwa sechs Euro “. Dieses erste Schiff verwendete ein ESS mit „den Batterien von zwei Teslas“, um die Treibstoffkosten um 90 Prozent zu senken (unter der Annahme von Strompreisen von 1,2 EUR pro Kilowattstunde). "Wenn Sie Strom in einem (Gaskraftwerk) produzieren würden, würden Sie kaum (bemerken)."

Was Biokraftstoff betrifft: „Wir sind nicht gegen Biokraftstoff, aber ein Kauf von Brennholz als Brennstoff durch die Fischereiflotte müsste 50 Prozent aller derzeit gefällten Bäume fällen“, sagt Moen und fügt hinzu: „Fischereifahrzeuge machen 17 Prozent aller Einkäufe von Schiffstreibstoff aus (In Norwegen).

Hochkarätige Kreuzfahrt
In der Zwischenzeit erhielt Siemens als Systemintegrator die volle Punktzahl, um den Gewinner des Schiffs des Jahres 2019, Color Hybrid, zu befähigen, der mit einer batteriebetriebenen mittleren Leistung von 5 MWh bei 12 Knoten den Ton für Kreuzfahrtschiffe angibt. Das Schiff verfügt außerdem über 20 Prozent weniger Treibhausgase.

Diese erste Inkarnation von Plug-in-Schiffen zeigte, dass das dieselelektrische Hybridsystem BlueDrive Plus C von Siemens einen Unterschied bei der branchenweiten Suche nach emissionsarmen Schiffen bewirken kann. Für die Fahrt auf den norwegischen Fjorden sind bereits emissionsfreie Betriebsprofile erforderlich. Dampf in eine Reihe von europäischen Häfen oder in emissionsfreien Gebieten.

In diesen Bereichen bietet das redundante Gehirn von Siemens für Plug-in-Hybridschiffe - das Mind Sphere Cloud-System von Siemens - eine Prognose für optimale Ladezeiten. Regionen mit begrenztem Stromverbrauch (und normalerweise hohen Strompreisen) zu bestimmten Zeiten sind Teil einer Stromprognose, die die Auswirkungen von Wettervorhersagen auf die Verfügbarkeit von Ladegeräten (wie in Bezug auf Bedingungen und Versorgung) enthält.

BlueVault Batterietechnologie
Für diesen integrierten Anbieter wächst die Liste der Schiffstypen. Reihen von Batterieschränken auf einer Autofähre, die die Westküste Norwegens bedienen wird, sind ein Hinweis auf die Redundanz der Stromversorgung, die an exponierten Küstenabschnitten erforderlich ist.

Mit der Entwicklung von Siemens F & E ist ein 6-kWh-Leistungsmodul ein weiterer Beweis dafür, dass Batterien und Antriebe jetzt für unterschiedliche Betriebsprofile verfügbar sind. Schiffseignern wird mitgeteilt, dass sie Batterien mit längerer Lebensdauer und kürzeren Ladezyklen haben können.

„Batterien werden für die Schifffahrtsindustrie zunehmend an Bedeutung gewinnen“, sagt Moen. Das „Warum“ ist offen für Interpretationen: Wettbewerb, eingeschränkte Betriebsbereiche und möglicherweise das Gewissen. Die Systemlebensdauer muss sich jedoch - selbst wenn die Batteriepreise um „10 Prozent pro Jahr“ fallen - von den 80 Prozent der Batteriekapazität verbessern, die bei der Angabe des „End-of-Use“ verbleiben. Und damit geht das „Argument der Umweltverschmutzung“ „aus dem Fenster“, wie es ein erfahrener Beobachter der Schifffahrtsbranche ausdrückt. Das Argument der Emissionen ist jedoch immer noch gut.

Hybride Vorteile
Es dauerte Jahre der Forschung, um herauszufinden, dass Antriebe die Leistung steuern können, um bessere Kraftstoffeinsparungen zu erzielen als sowohl Flüssigerdgas- als auch Duellkraftstoffmotoren. Die Installation von Duellbrennstoff- und LNG-Anlagen erwies sich ebenfalls als kostspieliger.

Die niedrigeren Investitions- und Treibhausgasemissionen, die angeblich durch Hybridantriebe verursacht werden, sind mit einer schrittweisen Erhöhung der verfügbaren Leistung verbunden, da ein einstellbarer Verbrennungsmotor für eine zeitnahe Leistungsabgabe ausgelegt ist. Dies ist ein Verkaufsargument für Kapitäne, obwohl Schiffseigner möglicherweise besser mit dem Aspekt „weniger Verschleiß“ dieser Antriebe vertraut sind. Beides sind Kostenargumente, aber wie bei weniger Lärm bietet LNG diese Vorteile in Pik. Die Siemens-Hybridtechnologie verfügt nun jedoch über mehr als 40 Kundenreferenzen in weitaus kürzerer Reihenfolge als beim Scale-up mit LNG.

Diese neueste Technologie - die BlueVault-Batterien und BlueDrive Plus C - benötigt weniger Batterien. „Wir lernen noch, aber wir waren Pioniere bei der Verwendung von Batterien“, sagt Moen, eine Anspielung auf die Bemühungen von Siemens zur Integration von Batterien von Australien nach Norwegen, die mindestens 25 Referenzen für Passagierfähren ergeben haben, ein wichtiger Eckpfeiler der Batterie -Hybridgeschäft. Fünf Jahre später war der MF Ampere der erste unter einer Reihe von Neubauten und Nachrüstungen für vollelektrische Fähren, die von einer norwegischen Regierung bezahlt wurden, die eine umweltfreundliche Führung auf der Welt übernehmen wollte.

Es steht viel auf dem Spiel. Eine Studie zeigt, dass etwa die Hälfte aller Fähren in Norwegen (etwa 223) auf Strom oder Hybrid umgestellt werden können. Eine Folie, die Moen uns zeigt, schlägt vor, dass jährliche Einsparungen von 100.000 t Kraftstoff und 300.000 t CO2 erzielt werden können, wenn 127 Fähren vollelektrisch und hybrid fahren. "Die Politiker haben es verstanden", sagt Moen und fügt hinzu, dass die Logik der Batterieleistung klar war.

Natürlich gibt es, wie bei Wasserstoff, ein krasses Loch im ganzen Argument „Lass uns jetzt auf Batterien gehen“, und das ist die vorherrschende „niedrige Netzkapazität zum Laden“.

„Alle (lokalen) Geschirrspüler würden ausgehen“, warnt Moen und erklärt: „Traditionell würden Sie die Übertragungsleitungen aufrüsten, aber wenn Sie Batterien in Hütten auf dem Dock legen, können die Batterien aus der verfügbaren Energie aufgeladen und dann an (a) übertragen werden Fähre). Ein Smart Grid nutzt das vorhandene Grid. “