Mit Solar-Schiff vom Wörthersee in die Stadt

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20. August 2012

Seit dem Sommer 2012 ist das erste Elektro-Solar-Schiff, die „ES Maria Wörth“, von der Villa Lido zum Lendhafen in Klagenfurt am Wörthersee unterwegs.

Die ES Maria Wörth vor der Villa Lido am Friedelstrand.

Die ES Maria Wörth vor der Villa Lido am Friedelstrand.

Die „Maria Wörth“ der Wörthersee Schifffahrt, mit dem amtlichen Kennzeichen K-10001 ist das erste Elektro-Solarschiff, das im Lendkanal im Linienverkehr fährt. Das neue Fahrgastschiff ist für immerhin sechzig Passagiere zugelassen, verfügt trotz der kurzen Strecke über zwei Bord-Toilletten, über einen Steuerstand im Vorschiff und sogar einer Bar hinter dem Steuerstand der ES Maria Wörth.

Falls es jemanden interessiert, hier einige technische Infos:

Das Solarboot erreicht auf tiefem Wasser eine Maximalgeschwindigkeit von 18km/h, auf flachem Wasser, wie im Lendkanal, eine Geschwindigkeit von 8,5km/h. Die ES Maria Wörth hat eine Länge von 18,90m und eine Breite von 5,10m. Die Tragfähigkeit liegt bei 5,00t.

Der Fixpunkt über der Schwimmwasserlinie beträgt 2,40m.

Der Fixpunkt über der Schwimmwasserlinie beträgt 2,40m.

Der Schiffsrumpf ist vollständig aus Schiffsbaustahl, geschweißt, in Längsspantenbauweise hergestellt. Er ist durch vier wasserdichte Schotten in insgesamt fünf voneinander unabhängige, wasserdichte Abteilungen unterteilt. Die einzelnen Kammern sind über decksebene Mannlöcher erreichbar. Die Aufbauten bestehen ebenfalls aus Stahl. Die Stehhöhe innerhalb des Fahrzeuges beträgt 2,0m.

Der Rumpf, sowie Teile der Aufbauten wurden in der Werft in Novi Becej hergestellt, der Zusammenbau und Endaufbau erfolgte in Klagenfurt durch örtliche Gewerbetreibende. Der Vortrieb des Fahrzeuges erfolgt über 2 jeweils 35kW starke Elektromotoren direkt auf zwei nach Innen schlagende Festpropeller mit jeweils 350 mm Durchmesser und 227 mm Steigung. Gespeist werden die Motoren von insgesamt 10 Batterien, die über bordeigene Ladestationen vom Ufer aus (Landstrom) geladen werden.

Unterwegs am Lendkanal. Die ES Maria Wörth.

Unterwegs am Lendkanal. Die ES Maria Wörth.

Für den rein elektrischen Betrieb übernimmt die Batterie die Versorgung, dies erfolgt über Landstrom. Um möglichst wenig Tiefgang zu erreichen, sind die Schi sschrauben relativ klein, was eine spezielle Auslegung der Antriebsmotore erforderlich machte. Um den rein elektrischen Betrieb zu ermöglichen sind Batterien in der entsprechenden Größe eingebaut. Um das Gewicht entsprechend niedrig zu halten sind keine Bleibatterien zum Einsatz gekommen. Beim eingesetzten Batterietyp handelt es sich um die „ZEBRA“-Batterie. Diese ist vom Batteriemanagement und der Integration aufwendig. Jede Batterie verfügt über ein BMS (Batteriemanagement System), welches über einen CAN-Bus kommuniziert. Da wir zehn Batterien im Verbund verwenden wurde eine BMS-Zentrale nötig, welche die Daten zusammenfasst und für ein übergeordnetes System bereitstellt.

Die Daten der Batterien werden in einem Display für den Kapitän dargestellt und an das Antriebssteuerungssystem, nach entsprechender Aufbereitung, weitergeleitet. Um die Batterien ohne „Blitz“ auf das System schalten zu können ist eine entsprechende Einschaltlogik im System eingebunden. Alle Informationen und Schaltbefehle zwischen den eingebauten Systemen laufen über einen Systembus, der in diesem Fall, je nach System, ein RS-485-Bus oder ein CAN-Bus ist. Wichtige Systeme sind teilweise redundant über RS-485 und CAN-Bus angebunden.

Mit seinen Sodium Nickel Akkumulatoren bietet der italienische Batteriespezialist FIAMM (Eigentümer von BÄREN BATTERIE) hier eine ideale Lösung: Einen Energiespeicher, der sich – dank seiner modularen Bauweise – für nahezu jede Anwendung zwischen 4kWh und 20 MWh fast beliebig skalieren lässt und über einen weiten Temperaturbereich (von -40°C bis +60°C) eine konstant hohe Leistung sowie eine überlegene Lebensdauer erreicht. Nach den bisherigen Erfahrungen geht das Unternehmen von einer Einsatzzeit von 15-20 Jahren oder 4.500 – 6.000 Zyklen bei Erhaltung von ca. 80 Prozent der ursprünglichen Leistungsfähigkeit aus.

Weitere Vorteile: Einmal aufgeladen, können Sodium-Nickel-Akkumulatoren unbegrenzt gelagert werden, ohne ihre Leistungsfähigkeit zu verlieren. Die Energiedichte liegt bei 120 Wh pro Kilogramm, das Leistungsgewicht auf Batterieebene bei 165 W pro Kilogramm. Der aus Edelstahl (Zellhülle), Salz, Nickel, Eisen und Keramik aufgebaute Speicher überzeugt besonders durch seine jedem anderen Batteriesystem weit überlegene Umweltbilanz. Er ist vollständig frei von hochgiftigen Materialien, zu 100 Prozent wiederverwertbar und verursacht im Betrieb keinerlei Gas-Emissionen, was ihn sogar in U-Booten problemlos einsetzbar macht.

Hinzu kommt seine hohe elektrochemische Sicherheit. Bislang hat es bei weltweit bereits mehreren tausend installierten Systemen noch nie einen ernsthaften Störfall gegeben – nahezu unkontrollierbare Brände, wie sie bei anderen Batterietechnologien immer wieder auftreten sind hier systembedingt vollständig ausgeschlossen. Weil die einzelnen Batteriezellen hermetisch abgeschlossen und hervorragend isoliert sind, liegt die Oberflächentemperatur der Batterie nur wenige Grad über der Umgebungstemperatur, das System ist absolut wartungsfrei und – beispielsweise in Standardcontainern entsprechend konfektioniert – sogar vollständig erdbebensicher.

All dies macht den Sodium-Nickel-Akkumulator zur idealen Speicherlösung für eine Fülle von stationären Einsätzen. Er eignet sich in Kombination mit Solarzellen und/oder Windrädern ebenso für die netzautarke, unterbrechungsfreie Stromversorgung von abgelegenen Telekommunikationseinrichtungen, von Großservern, Baustellen, Pumpstationen oder Notlazaretten, wie für das kleine Wochenendhaus oder eine ganze Hotelanlage in den Bergen.

In vielen Fällen kann die Speicherlösung auch störanfällige und wartungsintensive Generatoren vollständig ersetzen oder weiträumig ergänzen. Was auch der entscheidende Faktor bei der Auswahl der Technologie für das Lendkanalboot war – anderenfalls wären ca. 10.000 kg Bleibatterien benötigt worden – welche wahrscheinlich konstruktiv das Boot sowie das Projekt zum Kentern gebracht hätten.

Die Aufladezeit der Batterien nach einer Komplettentladung dauert ca. 8 Stunden und kann in der Nacht mittels über am Tag mit Photovoltaikmodulen erzeugten und zwischengespeichertem Strom erfolgen. Da die Schi schrauben, auf Grund des möglichst geringen Tiefganges, relativ klein ausgelegt wurden, ergeben sich hohe Drehzahlen, um die nötige Antriebsleistung zu erreichen. Das hat eine spezielle Auslegung der Antriebsmotore erforderlich gemacht. Daraus resultiert eine entsprechende Sonderwicklung, um diese Drehzahlen bei der geforderten Leistung, bei der zur Verfügung stehenden Systemspannung (288 V Gleichstrom), zu ermöglichen. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen sind sogenannte permanent erregte Synchronmotoren zum Einsatz gekommen. Die Motoren sind relativ klein und leicht und daher wassergekühlt. Die Umformer zum Betrieb der Motore sind ebenfalls wassergekühlt und verfügen über eine spezielle Software zum sensorlosen Betrieb der Motore. Die Umrichter „wissen“ ohne Sensoren jeweils die Stellung der Motore.

Ab dem Sommer 2012 in Klagenfurt unterwegs. Die ES Maria Wörth.

Ab dem Sommer 2012 in Klagenfurt unterwegs. Die ES Maria Wörth.

Die Umrichter sind ebenfalls über CAN-Bus in das System eingebunden. Um die Batterien zu unterstützen und im Betrieb aufl aden zu können sind spezielle Stromaggregate eingebaut. Diese arbeiten immer im möglichst optimalen Wirkungsgradbereich. Das wird durch mehrere technische Lösungen erreicht. Die Aggregate variieren die Drehzahl, je nach geforderter Leistung. Die Generatoren sind permanent erregt. Die Befehle werden, wie bei den anderen Systemen auch, über CAN Bus an die Aggregate weitergegeben. Die Kühlung erfolgt über eine Seewasserkühlung. Da das System im gesamten recht komplex ist und aus so vielen Komponenten besteht, die wiederum für sich komplex sind, ist ein sehr großes und breites Wissen über alle Komponenten nötig, um das System entsprechend planen, aufbauen und in Betrieb nehmen zu können. Als Ergebnis erhält man eine Lösung die, die zur Verfügung stehenden Energie optimal einsetzt und alle Anforderungen, welche an das System gestellt wurden bestmöglich bewältigt.


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