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Das elektrische Energiesystem von Schiffen basiert seit langem auf Wechselstromsystem (AC). Die Schiffsingenieure haben jedoch ähnlich wie in der Luftfahrt damit begonnen, die Effizienz des Wechselstrom-Bordnetzsystems in Frage zu stellen, das früher als selbstverständlich galt. Sie haben versucht, ein effizienteres und umweltfreundlicheres Stromverteilungssystem zu finden. Dem Trend von batterie- und brennstoffzellenbetriebenen Autos folgend, führte die Schiffsindustrie inzwischen das Gleichstromsystem (DC) für das elektrische Verteilungssystem und den Antriebsstrang in Schiffen in Kombination mit dem AC-Bordnetz ein.

Rückspeisung der Energie: Regenerative Stromversorgungen und -quellen
Da die Hersteller aller Arten von mechanischen Geräten auf eine effiziente Energienutzung hinarbeiten, haben regenerative Energien eine wichtige Rolle bei der Senkung der Betriebskosten übernommen. Bei der Energierückgewinnung wird kinetischen Energie, die von einem Motor beim Anhalten oder Bremsen erzeugt wird, zurückgewonnen. Dafür ist anschließend die Umwandlung dieser Energie in Elektrizität nötig, um sie in das Stromnetz zurückzuführen. Hybrid- und Elektrofahrzeuge sind die naheliegendsten Beispiele, auch andere Anwendungen, die häufiges Anhalten und Anfahren erfordern – wie Kräne, Aufzüge und Spindelantriebe – können ebenfalls beträchtliche Mengen kinetischer Energie für die Stromrückgewinnung nutzen.

Dies gilt auch für elektronische Tests. Da die Energieeffizienz für diejenigen, die Hochleistungstests durchführen, von entscheidender Bedeutung ist, müssen Stromversorgungskunden die Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer eines Produkts einkalkulieren. Diese übersteigen oft die Anfangsinvestitionen. Heutzutage vermarkten Anbieter von regenerativen Stromversorgungen und -quellen nicht nur die niedrigen Betriebskosten ihrer Lösungen. Viele neuere Lösungen zeichnen sich auch durch einen geringeren Platzbedarf aus, besitzen eine geringe Wärmeableitung und überzeugen mit einem minimalen Wartungsaufwand.

Die regenerativen bidirektionalen Stromversorgungen von EA eignen sich in einzigartiger Weise für die Schiffsindustrie. Dies gilt mit Blick auf die Leistungssteuerungssysteme für Photovoltaik-Wechselrichter und Backup-Batterien sowie für den U-Boot-Batterietest für Hybridsteuerungen. Unten finden Sie Links zu den Produkten, die in der [Anwendung benennen] verwendet werden: PSB bidirektionale DC-Versorgung, ELR regenerative elektronische DC-Last und PSI konventionelle programmierbare DC-Stromversorgung.

Produkte die in Marine & Offshore verwendet werden

Anwendungs­lösungen

Elektrischer Antrieb

Nach Angaben der Konferenz der Vereinten Nationen für Handel und Entwicklung transportieren Schiffe etwa 80 Prozent der weltweiten Waren. Und der Transport über die Ozeane wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen – um 3,8 Prozent pro Jahr bis 2022. Schiffe produzieren jedoch eine riesige Menge an Abgasen wie Schwefeloxide, Stickoxide, Rußpartikel und Feinstaub sowie Kohlendioxid (CO2). Die meisten Container- und Kreuzfahrtschiffe, Öltanker und Frachtschiffe fahren mit schwerem Dieselöl. Und sie verbrauchen enorme Mengen davon: Die 90.000 Schiffe weltweit verbrennen zusammen 370 Millionen Tonnen Treibstoff pro Jahr – und produzieren 20 Millionen Tonnen Schwefeloxid. Daher ist eine Elektrifizierung notwendig, um diese schweren Schadstoffe aus der Schifffahrtsindustrie zu entfernen.

Drei Hauptströme der Elektrifizierung von Schiffen:

  • Diesel-elektrischer Antrieb: Dieselgeneratoren erzeugen den Strom. Der Strom treibt den Elektromotor an, der den Schiffspropeller bewegt.
  • Hybridantrieb: Neben dem Verbrennungsmotor sind Batterien an Bord. Zum einen können sie zusätzlich kurzzeitig eingeschaltet werden, wenn eine Leistungsspitze benötigt wird. Andererseits können sie überschüssige Energie, zum Beispiel aus dem Dieselgenerator, speichern. So könnte das Schiff eine Zeit lang nur mit Strom fahren.
  • Vollelektrischer Antrieb: Es gibt keinen Verbrennungsmotor an Bord, die gesamte Energie kommt aus Batterien.

Quelle: Infineon

EA-Vorteile:
  • Ausgangsspannung bis zu 2000V
  • Leistungsabgabe bis zu 30 kW
  • Parallelschaltung von bis zu 2MW
  • Hohe Leistungsdichte

Kathodischer Korrosionsschutz

Der Kathodische Korrosionsschutz in Marineschiffen wird auch durch programmierbare Gleichstromversorgungen gespeist, um die Verschlechterung des Stahlkörpers des Schiffes zu verhindern. Der kathodische Schutz auf Schiffen wird oft durch galvanische Anoden am Rumpf und ICCP für größere Schiffe realisiert. Da Schiffe regelmäßig zu Inspektions- und Wartungszwecken aus dem Wasser genommen werden, ist es eine einfache Aufgabe, die galvanischen Anoden zu ersetzen. Galvanische Anoden sind in der Regel so geformt, dass sie den Widerstand im Wasser verringern und bündig mit dem Rumpf abschließen, um den Widerstand zu minimieren.

Kleinere Schiffe mit nichtmetallischen Rümpfen, wie z.B. Yachten, sind mit galvanischen Anoden ausgestattet, um Bereiche wie Außenbordmotoren zu schützen. Wie bei jedem galvanischen kathodischen Schutz beruht auch diese Anwendung auf einer festen elektrischen Verbindung zwischen der Anode und dem zu schützenden Gegenstand. Für ICCP auf Schiffen werden die Anoden normalerweise aus einem relativ inerten Material wie platiniertem Titan hergestellt. Eine Gleichstromversorgung ist innerhalb des Schiffes vorgesehen, und die Anoden sind an der Außenseite des Rumpfes montiert.

Die Anodenkabel werden über eine Klemmverschraubung in das Schiff eingeführt und zur Gleichstromquelle geführt. Das Minuskabel der Stromversorgung wird einfach am Rumpf befestigt, um den Stromkreis zu schließen. Schiffs-ICCP-Anoden sind bündig montiert, um die Auswirkungen des Luftwiderstandes auf das Schiff zu minimieren, und befinden sich mindestens 5 ft unterhalb der Schwachlastlinie in einem Bereich, um mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Die für den Schutz erforderliche Stromdichte ist eine Funktion der Geschwindigkeit und wird bei der Auswahl der Stromkapazität und der Position der Anodenanordnung auf dem Schiffsrumpf berücksichtigt.

Einige Schiffe erfordern möglicherweise eine spezielle Behandlung, z.B. wird bei Aluminiumrümpfen mit Stahlbefestigungen eine elektrochemische Zelle geschaffen, in der der Aluminiumrumpf als galvanische Anode fungiert und die Korrosion verstärkt wird. In solchen Fällen können galvanische Anoden aus Aluminium oder Zink verwendet werden, um die Potenzialdifferenz zwischen dem Aluminiumrumpf und den Stahleinbauten auszugleichen. Wenn die Stahlhalterungen groß sind, können mehrere galvanische Anoden erforderlich sein, oder sogar ein kleines ICCP-System.

Quelle: Wikipedia

EA-Vorteile:
  • Ausgangsspannung bis zu 2000V
  • Leistungsabgabe bis zu 30 kW
  • Parallelschaltung von bis zu 2MW

Magnetische Schalldämpfung – Entmagnetisierung

Ein Schiff mit Stahlrumpf ist wie ein riesiger schwebender Magnet, der von einem großen Magnetfeld umgeben ist. Wenn sich das Schiff durch das Wasser bewegt, bewegt sich auch dieses Feld und addiert oder subtrahiert sich zum Erdmagnetfeld. Wegen seiner verzerrenden Wirkung auf das Erdmagnetfeld kann das Schiff als Auslöser für magnetisch empfindliche Geräte dienen, die diese Verzerrungen erkennen sollen. Das Entmagnetisierungssystem wird an Bord des Schiffes installiert, um die Wirkung des Schiffes auf das Erdmagnetfeld zu reduzieren. Um dies zu erreichen, wird die Veränderung des Erdmagnetfeldes um den Schiffsrumpf “aufgehoben”, indem der elektrische Strom gesteuert wird, der durch Entmagnetisierungsspulen fließt, die an bestimmten Stellen innerhalb des Schiffsrumpfes gewickelt sind. Dies wiederum verringert die Möglichkeit, dass magnetisch empfindliche Geschütze oder Vorrichtungen entdeckt werden.

EA-Vorteile:
  • Ausgangsspannung bis zu 2000V
  • Leistungsabgabe bis zu 30 kW
  • Parallelschaltung von bis zu 2MW
  • Hohe Leistungsdichte

© Karel Doorman

Nachstehend wird eine übliche Technik veranschaulicht, bei der die Spule aktiviert wird, um die induzierten und permanenten vertikalen Komponenten des Schiffsmagnetfeldes (Z-Zone) zu kompensieren. Wenn das Schiff die Halbkugeln wechselt, muss die Polarität des Spulenstroms dynamisch angepasst werden.

Sea Mine – Aufspüren der magnetischen Signatur des Schiffes

Moderne Minen beeinflussen den Ozean, indem sie magnetische Interferenzen eines Schiffes im Erdmagnetfeld aufspüren. Dies wird die magnetische Signatur des Schiffes genannt. Diese Signatur ist der Haupteinfluss, der zum Auslösen der Seemine oder des Torpedos verwendet werden. Wird die Signatur erkannt und analysiert, dann wird das Schiff identifiziert und das magnetische Signal wird zum Auslöser für Torpedo- oder Minenexplosion und gibt eine Position und Kategorisierung (hauptsächlich U-Boot) an. Um diese Bedrohung zu minimieren, ist das Schiff mit einem eingebauten Entmagnetisierungssystem (DG) ausgestattet. DG reduziert die Signatur mit einem Gegenwirkungsfeld, das von einem Spielsystem erzeugt wird, das an den Schleifenspulen-Leistungsverstärker angeschlossen ist.

EA-Vorteile:
  • Ausgangsspannung bis zu 2000V
  • Leistungsabgabe bis zu 30 kW
  • Parallelschaltung von bis zu 2MW
  • Hohe Leistungsdichte

Elektrifiziertes U-Boot

Die Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Brennstoffzellen von Siemens Marine sind die Zukunft für elektrische Energieerzeugung in U-Booten, die ohne Außenluft auskommt. Da die Zellen nur Wasserstoff und Sauerstoff als Brennstoff benötigen, können Tauchzeiten deutlich verlängert werden. Damit sind U-Boote, die mit diesen Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen ausgerüstet sind, herkömmlichen U-Booten weit überlegen, die relativ häufig auftauchen müssen, um ihre Batterien wieder aufzuladen. Diese neuen Konstruktionen sind viel effizienter und stoßen keinerlei Abgase aus. Dank ihres elektrochemischen Wirkungsmechanismus, der neben Strom nur Wasser und Wärme erzeugt, verursacht die PEM-Brennstoffzelle kein Rauschen. Ihr robustes, signaturarmes und unmagnetisches Design wurde speziell für den Langzeiteinsatz entwickelt und hat eine erwartete Lebensdauer von vielen Jahren – und das alles in einem effektiven und erschwinglichen Paket zur Unterstützung des Lebenszyklus.

Quelle: Siemens

EA-Vorteile:
  • Ausgangsspannung bis zu 2000V
  • Leistungsabgabe bis zu 30 kW
  • Parallelschaltung von bis zu 2MW

Schifffahrt

Der maritime kathodische Schutz erstreckt sich auf viele Bereiche wie Anlegestege, Häfen und Offshore-Strukturen. Die Vielfalt der verschiedenen Arten von Strukturen führt zu einer Vielzahl von Schutzsystemen. Galvanische Anoden werden bevorzugt, aber auch ICCP kann oft eingesetzt werden. Wegen der großen Vielfalt der Strukturgeometrie, Zusammensetzung und Architektur sind oft spezialisierte Firmen erforderlich, um strukturspezifische kathodische Schutzsysteme zu entwickeln. Manchmal erfordern marine Strukturen eine rückwirkende Änderung, um wirksam geschützt zu werden.

Quelle: Wikipedia

EA-Vorteile:
  • Ausgangsspannung bis zu 2000V
  • Leistungsabgabe bis zu 30 kW
  • Parallelschaltung von bis zu 2MW