Referenz
21. Januar 2019
Null Emission, doppelt abgesichert

Unterstützt von der Universität UiT Narvik und gefördert von der norwegischen Regierung, entwickelten die Schiffsbauer von Grovfjord Mekaniske Verksted (GMV) ein Energiemanagementsystem (EMS) für ein rein elektrisch angetriebenes und emissionsfreies Schiff. Ein zukunftsweisendes Projekt, für das WAGO die zentrale Automation beisteuerte.

Im November 2017 lief die „Astrid Helene“ zur ersten Testfahrt vom Stapel – der rein elektrisch angetriebene Fischfarmkatamaran, der keine Notstrom-Dieselgeneratoren benötigt, ist das Ergebnis einer Kooperation zwischen GMV und der Universität UiT Narvik: „GMV Zero“ lautet der Projektname, das Zero steht für 0 fossile Brennstoffe, 0 Emissionen und 100 Prozent Umweltschutz. Das Aufladen der Batterien kann sowohl nachts als auch tagsüber erfolgen, wenn sich das Schiff am Fischfarm-Standort befindet – zum Beispiel während der Mittagspausen der Bootsmannschaft oder während Arbeiten, bei denen der 13,97 x 7,6 Meter große Katamaran nicht bewegt werden muss.

Projekt GMV Zero:

Weniger Emissionen, gut für die Umwelt und die Gesundheit der Mannschaft: Die Astrid Helene ist weltweit eines der ersten rein elektrisch angetriebenen Schiffe.

Produktübersicht

Art-Nr.: 750-8202

Controller PFC200 ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485

Art-Nr.: 750-8212

Controller PFC200 ; 2. Generation ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485

Art-Nr.: 750-8216

Controller PFC200 ; 2. Generation ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, ...

Art-Nr.: 750-8214

Controller PFC200 ; 2. Generation ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen

Art-Nr.: 750-8212/025-000

Controller PFC200 ; 2. Generation ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485 ; Erw. Temperatur

Art-Nr.: 750-8216/025-001

Controller PFC200 ; 2. Generation ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, ...

Art-Nr.: 750-8213

Controller PFC200 ; 2. Generation ; 2 x ETHERNET, CAN, CANopen

Art-Nr.: 750-8212/025-002

Controller PFC200 ; 2. Generation ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485 ; Fernwirktechnik ; ...

Art-Nr.: 750-8202/025-002

Controller PFC200 ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485 ; Fernwirktechnik ; Erw. Temperatur ; ...

Redundanz als Anforderung

Eine besondere Herausforderung bei der Entwickelung der Astrid Helene: Gemäß der Spezifikation der Klassifikationsgesellschaft DNV GL sollte das Schiff Redundanz für jeden Einzelfehler aufweisen. Daher wurde das EMS dementsprechend ausgelegt – auch wenn es später eine Ausnahmegenehmigung erhielt, die die Redundanzanforderungen verringerte. Bei der Implementierung des „Warm-Stand-by“ steuerte WAGO wertvolle Erfahrungen und Lösungen bei, die auch in künftigen Projekten für größere Schiffe genutzt werden können, für die strengere Redundanzanforderungen gelten. „Wir arbeiteten an der Entwicklung eines „Warm-Stand-by“, einem Konzept für redundante Betriebssysteme. Bjarte Hoff, Professor an der UiT, gefiel unser Produkt, sodass er eine Zusammenarbeit unterstützte“, erinnert sich Tor Erik Næbb, Chief of Industry and Automation bei WAGO Midt & Nord Norway. „Warm-Stand-by wurde zwar für mehrere Einsatzbereiche konzipiert und ist eine generelle Lösung, aber sie ist für diesen Bereich besonders gut geeignet“, so Næbb weiter. Die Leittechnik besteht aus zwei Controllern aus der neuen WAGO PFC200-Familie und einem dezentralen I/O-Modul in einem redundanten ETHERNET-Netz-werk. Das Ergebnis der Zusammenarbeit ist ein vollständig redundantes EMS für das batteriebetriebene Schiff von GMV. „Für uns ist es unglaublich spannend gewesen, an einem realen Projekt dabei zu sein, bei dem wir an der Programmierung der echten Betriebssysteme und Benutzeroberflächen mitarbeiten konnten“, zeigt sich UiT-Professor Bjarte Hoff zufrieden.

Die Art der Interaktion zwischen den verschiedenen Managementsystemen von WAGO hat uns die Arbeit erleichtert und dabei geholfen, die Übersicht über das Energiemanagement zu vereinfachen.

Anders Breines, Projektmanager bei GMV

Die Astrid Helene …

… verfügt über einen an Bord befindlichen Kran, der für das Heben von 32 Tonnen zugelassen ist. Eine elektrische Ankerwinde von zwölf Tonnen ist installiert; mit zwei Drei-Tonnen-Spillwinden und hydraulischem Hochdruckreiniger ist der Katamaran für eine Vielzahl von Operationen während der Fischzucht vorbereitet. Die Festpropeller, von denen sich in jedem Rumpf einer befindet, werden von zwei Permanentmagnetmaschinen mit jeweils 107 kW angetrieben, ein elektrischer Bugstrahlruder erleichtert das Manövrieren – Getriebe oder Kupplung sind nicht nötig. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei zehn Knoten. Soll die geschätzte Höchstreichweite von 26 Seemeilen erreicht werden, liegt die durchschnittliche Geschwindigkeit bei acht Knoten. Die Leistungswandler für den Antrieb der Maschinen werden vom Frequenzumrichterhersteller Vacon geliefert. Die Netzwerktopologie wird in zwei separate Netzwerke unterteilt. Die Kommunikation der Batteriepakete ist in zwei sternförmigen Systemen angeordnet. Zur Kommunikation mit den Wandlern wird eine Sterntopologie verwendet. Das Energiesystem ist um einen DC-Bus herum angeordnet, der die Wandler mit Spannung versorgt.

Elektrisches Back-up

Das Warm-Stand-by besteht aus zwei parallelen Betriebssystemen, von denen eins aktiv ist und alle EMS-Aufgaben übernimmt. Das andere springt nur ein, wenn ein Fehler auftritt. So kann kein Einzelfehler des EMS zu einem Totalausfall des Antriebs führen. Trond Østrem, Projektmanager an der UiT, gefallen die gefundenen Lösungen. Er hält den Einsatz des Warm-Stand-by für einen sehr hilfreichen und kostengünstigen Weg zum Aufbau solcher Energiemanagementsysteme. Auch Anders Breines, Projektmanager bei GMV, findet das EMS vielversprechend. „Die Art der Interaktion zwischen den verschiedenen Managementsystemen von WAGO hat uns die Arbeit erleichtert und dabei geholfen, die Übersicht über das Energiemanagement zu vereinfachen. Jetzt müssen wir erst einmal Daten vom Schiff erfassen, damit wir die Energieverteilung auf unterschiedliche Situationen feinabstimmen können und herausfinden, wie wir die Energie am besten nutzen.“

Text: Tor Erik Naebb | WAGO

Foto: Michael Ulriksen

Elektrorevolution auf dem Wasser

Durch staatliche Anreize nimmt Norwegen bei der Einführung von Elektrofahrzeugen und dem Aufbau der zugehörigen Infrastruktur eine weltweit führende Rolle ein. In dem Land sind zwischen Oslo und dem Nordkap mehr als 130.000 Elektroautos unterwegs. Mit seinen fünf Millionen Einwohnern ist es in absoluten Zahlen der drittgrößte Markt für Elektroautos – nach China und den Vereinigten Staaten. Eine Entwicklung auf der Straße, die auch Einfluss auf die Schifffahrtsindustrie nimmt: Norwegen ist einer der Vorreiter bei der Elektrifizierung des Seeverkehrs und stützt die Entwicklung mit hohen staatlichen Subventionen. Unter anderem baute der Schiffsbauer Fjellstrand bereits 2014 die weltweit erste rein elektrisch angetriebene Autofähre, die nördlich von Bergen verkehrt: die „Ampere Stavanger“. Weitere fünf Elektrofähren sind inzwischen dazugekommen, auch städtische Wassertaxen, Ausflugsboote und Service- Schiffe für Offshore-Windparks pflügen lautlos mit Elektromotoren durch die Wogen.

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