Optimale Nutzung von elektrischen und hybriden Antriebssystemen durch autonomes Fahren
Dipl.-Ing. Martin Einsiedler, Dr. Sc. Dipl.-Ing. Nikolas Schaal, Shiptec AG, Luzern/Schweiz
In den letzten Jahren haben Erfahrungen bei vielen Projekte sowie bei Schiffen im Betrieb gezeigt, dass nach einem Umbauen oder beim Einsatz in einem Neubau, neuen Energie- und Antriebstechno-logien signifikante Einsparungen in Bezug auf Energieverbrauch und Wartungskosten mit sich bringen. Neben den gängigen Potentialen basierend auf verschiedene, mögliche Energieträger und -Speicher, wie z.B. Wasserstoff oder auch Batterien und der kontinuierlichen Optimierung neuer und bestehender Systeme verfolgt Shiptec einen weiteren Weg bei der Optimierung des Energieverbrauchs:
Langjährige Beobachtung, sowie der Zugriff auf detaillierte Betriebsdaten einer hauseigenen Flotte von Binnenschiffen lehren uns, dass ein wirtschaftliches Betreiben von Schiffen, neben einem kontinuierlichen Optimieren von Systemen oder verbesserten hydrodynamischen Eigenschaften auch sehr stark von der Fahrweise jedes individuellen Kapitäns abhängt. Das heißt im Umkehrschluss, dass wenn ein Schiff auf die richtige Art und Weise gefahren wird, erhebliche Optimierungspotentiale in Be-zug auf Energieeinsparung und die nötige Komponentengrößen realisiert werden können.
Wir sind daher davon überzeugt, dass autonome Fahrsysteme nicht nur eine Wirkung auf die Betriebssicherheit oder Kosteneinsparung in Bezug auf die benötigte Crew hat. Vielmehr sehen wir in diesen neuen Systemen ein zusätzliches Werkzeug zur besseren Ausnutzung von Systemeigenschaften von elektrischen oder hybriden Energie- und Antriebssystemen. Insbesondere in Anwendungen, welche von vielen transienten Vorgängen (An- und Anlegemanövern) geprägt sind. So beträgt bei einer typischen Anwendung auf einem Binnensee die Fahrstrecke im stationären Betrieb ca. 3-8 Minuten, wobei die dazwischen immer wieder vorkommenden Manöver ca. 6-7 Minuten dauern. Dies heißt, dass in diesen relativ langen Manöverzeiten ein großes Potential für die Optimierung in Bezug auf den dafür benötigten Energieverbrauch liegt.
Das hier vorgestellte Projekt setzt neben den bereits erwähnten und auch bekannten Vorteilen von autonomen Fahrsystemen bzgl. Fahrsicherheit und Creweinsatz genau hier an: Optimierung der dynamischen Vorgänge in den vielen Manöverfällen zur Reduktion der benötigten Energie.
Erste diesbezügliche Analysen in typischen Einsatzgebieten haben gezeigt, dass neben den Effektiven Einsparungen beim Einsatz von hybriden oder rein elektrischen Energie- und Antriebssystemen von ca. 14-22% (je nach Anwendung), weitere 15-25% an Einsparungen realisiert werden können.
Die Grundlage hierfür legt, ein sich momentan in Entwicklung befindliches System zum autonomen Fahren; speziell ausgeführt für im Fahrplanverkehr operierende Binnenschiffe. Dieses System zeichnet sich neben dem üblichen Verhalten, insbesondre im sehr dichten Schiffsverkehr auf eine See dadurch aus, dass es speziell, auch für die genannten Manöverzustände optimiert wird. Mit mit dem Ziel, dank der von autonomen Systemen immer benutzen, optimale und inhärente Fahrweise, Manöver entsprechend sicher und Energieverbrauchsoptimiert zu fahren. Dies in einem relativ grossen Range bzgl. Strömungsverhältnissen (z.B. Zug eines ausfliessenden Fußes), in Gebieten mit einer signifikanten Wellenhöhe von ca. 2.5m und bei möglichen Windgeschwindigkeiten >120 km/h.
Der Vortrag zeigt erste Analyseergebnisse, Umsetzungskonzepte und Vorversuchsresultate, sowie einen Weg, wie man das Beste von beidem kombinieren kann: Rein elektrischer Betrieb, verknüpft mit verschiedenen Stufen von autonomem Fahren.
