Von Risiko zu Resilienz: Power-Quality als entscheidender Faktor für DC- Schiffsbordnetze
Leutnant zur See Jakob Kersten, Korvettenkapitän Philipp Wagner M. Sc., Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg
DC-Schiffsbordnetze gewinnen im Zuge elektrifizierter Antriebe und erneuerbarer Energiesysteme zunehmend an Bedeutung. Eine hohe Spannungsqualität (Power-Quality, PQ) ist dabei essenziell für einen stabilen und sicheren Betrieb. Während für AC-Bordnetze etablierte Normen klare Grenzwerte für die Netzqualität vorgeben, fehlen vergleichbare Vorgaben für Gleichspannungssysteme bislang weitgehend. Technische Berichte betonen zwar die Relevanz der Spannungsqualität in DC-Netzen und geben teilweise Empfehlungen, doch verbindliche Standards existieren bisher nicht.
Forschungsarbeiten identifizieren eine Reihe zentraler PQ-Kriterien, die die Netzstabilität in DC-Schiffsbordnetzen maßgeblich beeinflussen. Dazu zählen unter anderem Spannungsripple (periodische Restwelligkeit der Gleichspannung), Über- und Unterspannungen, Spannungsungleichgewichte in Teilnetzen, kurzzeitige Spannungseinbrüche und -erhöhungen, vollständige Versorgungsunterbrechungen sowie transiente Vorgänge. Wie in AC-Netzen können diese Phänomene auch im DC-System gravierende Folgen haben: Überspannungen gefährden empfindliche Leistungselektronik, Unterspannungen führen zu Fehlfunktionen oder Ausfällen, und anhaltende Spannungsschwankungen beeinträchtigen die Stabilität und verkürzen die Lebensdauer von Komponenten. Auch kurze Spannungseinbrüche oder -erhöhungen durch Lastsprünge sowie transiente Ereignisse (z. B. Schaltvorgänge) können die Netzstabilität stören und Geräte schädigen. Hohe Ripple-Anteile verursachen zudem unerwünschte Erwärmung und Störgeräusche in elektronischen Systemen. Um diese Aspekte besser zu verstehen, werden in aktuellen Forschungsvorhaben Messungen der Power Quality durchgeführt.
Zur Sicherstellung einer hohen DC-Power-Quality wurden bereits verschiedene Lösungsansätze identifiziert. Dazu zählen spezielle Regelungsverfahren wie die Droop- Regelung, der Einsatz von Filtern und Entkopplungskondensatoren, der Einbau von Schutzgeräten sowie eine sorgfältige Schirmung. Die Umsetzung solcher Optimierungen erfordert ein koordiniertes Zusammenspiel aller Akteure: Betreiber sollten eine kontinuierliche PQ-Überwachung und vorausschauende Wartung etablieren, Zulieferer möglichst robuste und störungsarme Geräte entwickeln, Werften bereits in der Schiffsentwurfsphase PQ-Kriterien berücksichtigen, und Hochschulen durch Tests und Forschung neue Lösungen und Standards vorantreiben.
Die Sicherstellung der Power Quality in DC-Schiffsbordnetzen ist essenziell für die Sicherheit und Zuverlässigkeit moderner Schiffe. Um die bestehende Regelungslücke zu schließen, sind einheitliche PQ-Grenzwerte und verbindliche Standards erforderlich. Mit der wachsenden Verbreitung von DC-Systemen wird eine schnelle Anpassung der Vorschriften immer dringlicher. Nur durch die enge Zusammenarbeit von Industrie, Normengebern und Forschung kann eine ebenso hohe Spannungsqualität und Resilienz wie in AC-Netzen erreicht werden.
Der Vortrag beleuchtet die Risiken unzureichender PQ, stellt Lösungsansätze vor und betont die Notwendigkeit verbindlicher Standards. Ziel ist es, die Zusammenarbeit aller Akteure zu fördern, Schutzmechanismen zu entwickeln und praxisnahe Tests voranzutreiben, um die Standardisierung zu beschleunigen.
