Azipod – Schiffstechnik von ABB

Antriebs- und digitale Lösungen

Schiffstechnik von ABB

Anzeige
Das Angebotsportfolio von ABB für die Schiffstechnik reicht von elektrischen, getriebelosen Antriebssystemen über die Stromerzeugung und -verteilung sowie verschiedenen Komponenten für die elektrische Automatisierung bis hin zu maritimen Serviceleistungen sowie digitalen Lösungen. Diese Systeme und Komponenten sollen immer effizienter und umweltfreundlicher arbeiten. Dafür sorgen neben technischen Weiterentwicklungen inzwischen vor allem verschiedene Lösungen und Dienstleistungen unter dem Dach von ABB Ability.

Irene Knap nach Informationen der ABB AG sowie der Meyer Werft GmbH & Co. KG

Mit der World Dream hat die Meyer Werft im Herbst 2017 ein Schwesterschiff der Genting Dream an die Reederei Dream Cruises abgeliefert. Das auf den asiatischen Markt ausgerichtete Schiff verfügt über eine Länge von 335,35 m, einer Breite von 39,7 m sowie ein Azipod-Antriebssystem von ABB, das eine Höchstgeschwindigkeit von 24 Knoten (etwa 44,5 km/h) ermöglicht und sowohl die Antriebs-, als auch die Steuerungsfunktion des Schiffes übernimmt. Dafür besteht ein solcher getriebeloser Azipod-Antrieb aus einer elektrischen Antriebseinheit mit einem Elektromotor mit variabler Drehzahl sowie einem Festpropeller. Diese Einheit wird in einer strömungsgünstigen Gondel – im Englischen als Pod bezeichnet – unter der Wasserlinie angeordnet, die um ihre senkrechte Achse frei um 360° drehbar ist, wodurch die Schubkraft in jede beliebige Richtung gelenkt werden kann. Dadurch kann man auf Ruder, Querstrahlruder am Heck oder lange Wellen im Schiffsrumpf verzichten. Zudem ist es etwa für Kreuzfahrtschiffe mit einem solchen Antriebssystem inzwischen möglich, dezimetergenau zu manövrieren, wodurch sie auch ohne zusätzliche Unterstützung von außen, beispielsweise durch Schlepper, in der Lage sind, sicher an Häfen zu landen.

Entwicklung des Azipod-Antriebs

Ursprünglich erfunden und patentiert wurde das Prinzip der sogenannten Pod-Antriebe mit einer Propellergondel, also einem Antriebsaggregat für Wasser- oder Luftfahrzeuge, 1955 von F. W. Pleuger und Friedrich Busmann als Weiterentwicklung des Aktivruders. Seit damals hat sich auch die Technik in der Schiffsbranche weiterentwickelt und verschiedene Unternehmen haben ihre eigenen Formen von Antriebssystemen mit einer Gondel unter der Wasserlinie vorgestellt – unter anderem eben ABB. 1987 hat das Unternehmen in Kooperation mit der Kvaerner-Masas-Yard-Werft in Finnland den Azipod-Antrieb entwickelt. Seither haben sich die Antriebe der Schweizer auf Kreuzfahrtschiffen sowie Eisbrechern bewährt und auf dem Markt etabliert. Zudem wurden die elektrischen, getriebelosen Antriebssysteme für dieselelektrische Schiffe stetig weiterentwickelt und sind inzwischen nicht nur leiser, kompakter und ermöglichen es Schiffsbauern, die Maschinenräume effizienter zu nutzen. Sie bieten auch, nach verschiedenen Verbesserungen in Sachen Effizienz, Emissionen, Bauzeiten sowie dem Design von Schiffen, eine hohe Energieeffizienz. Bei einem typischen Kreuzfahrtschiff bedeutet dies eine jährliche Kraftstoffersparnis von rund 500.000 Euro sowie eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes um etwa 5000 t. Eine Entwicklung, die angesichts des derzeitigen Booms in der Kreuzschifffahrt großes Potenzial eröffnet, denn zur Auslieferung bis 2021 stehen derzeit laut CLIA Deutschland (Cruise Lines International Association) 66 Kreuzfahrtschiffe in den Auftragsbüchern europäischer Werften. Zudem sind die Ausgaben für Neubauten sowie Wartung und Reparatur der Schiffe das sechste Jahr in Folge angestiegen.

Effizientes Gesamtsystem

Dass Themen wie die Energieeffizienz auch bei der Planung sowie beim Bau von Kreuzfahrtschiffen immer wichtiger werden, wird besonders an drei geplanten Virgin-Voyages-Kreuzfahrtschiffen deutlich, von denen das erste 2020 vom Stapel laufen soll. „Die ökologische Nachhaltigkeit ist ein Eckpfeiler unseres Leitbilds“, erklärt dazu Stuart Hawkins, Senior Vice President, Marine & Technical Operations, bei Virgin Voyages. Somit spielt der Umweltschutz bei diesen Schiffen eine besonders wichtige Rolle.

Ausgerüstet werden die Luxusliner mit einer geplanten Länge von 278 m, einer Breite von 38 m mit je zwei Azipod-XO-Einheiten mit einer Antriebsleistung von insgesamt 32 MW (43.000 PS). Das X steht dabei für die nächste Generation und das O für den Betrieb in offenen Gewässern. Die entsprechenden Viertaktmotoren für den Antrieb der Elektrogeneratoren – vier pro Schiff – werden mit Turboladern von ABB ausgestattet. Diese sind für anspruchsvolle Betriebsbedingungen ausgelegt und werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz für große Kreuzfahrtschiffe häufig bevorzugt. „Der Azipod steht wie kein anderes Antriebssystem für Innovation und Effizienz und ist daher für die Realisierung unserer Vision einer elektrischen, digitalen und vernetzten Schiffahrt von fundamentaler Bedeutung“, sagt Peter Terwiesch, Leiter der Division Industrieautomation von ABB. Seit der ersten Installation haben Azipod-Antriebe insgesamt rund 700.000 t Kraftstoff eingespart und annähernd 15 Mio. Betriebsstunden mit einer Verfügbarkeit von 99,8 % geleistet. Im März wurde zudem der 100ste Auftrag für einen solchen Antrieb für ein Kreuzfahrtschiff erteilt. Insgesamt sind bereits über 160 seegängige Fahrzeuge mit Azipods ausgestattet.

Auf den drei geplanten Virgin-Voyages-Schiffen werden jedoch nicht nur die Antriebe von ABB eingesetzt, sondern das komplette Energiekonzept des Unternehmens. Diese Lösung umfasst Elektrogeneratoren, Hauptverteilerschalttafeln, Verteiltransformatoren sowie eine Fernsteuerung zur Bedienung der Azipod-Einheiten von der Brücke aus. Die Kombination aus Antriebssystem und -Energiekonzept der Schweizer erlaubt es, dass alle Anlagen für eine optimierte Leistung mit den ABB-Ability-Collaborative-Operations-Zentren verbunden und entsprechend konfiguriert werden können, wodurch die Effizienz erhöht und die Emissionen gesenkt werden.

Digitale Lösungen für die Marineindustrie

Der Anbieter hat mit ABB Ability das eigene Angebot an digitalen Lösungen und Dienstleistungen über alle Branchen hinweg gebündelt. Lösungen aus dem entsprechenden Portfolio helfen, Daten aus digitalen Produkten und Systemen auszuwerten sowie aus den gewonnenen Informationen konkrete Handlungen abzuleiten – auch in der Marineindustrie: Das Digitalangebot, das unter dem Stichwort Collaborative Operations zusammengefasst wird, bietet zahlreiche, speziell auf die Bedürfnisse der Marineindustrie zugeschnittene Software-Pakete und digitale Services an, etwa für die Fern- oder zustandsbezogene Wartung sowie für Kursoptimierungen von Fracht- oder Passagierschiffen. Die verbesserten satellitengestützten Überwachungsmöglichkeiten von Schiffen sowie das Cloud Computing versetzen Zulieferer wie ABB somit in die Lage, den Reedereien cloudbasierte Lösungen zur Verfügung zu stellen, die ein enormes Potenzial zur Kosteneinsparungen und/oder Leistungssteigerungen einzelner Schiffe oder ganzer Flotten bieten können.

Zur lückenlosen Kontrolle von Schiffen betreibt das Unternehmen weltweit sieben sogenannte Collaboration Operation Center (COC), die die entsprechenden Nutzer nicht nur in Notfällen, sondern auch im alltäglichen Betrieb in die Lage versetzen, zum Beispiel vorausschauende Wartungen zu planen und allgemein den Betrieb der Schiffe zu optimieren. Sowohl die Eigner als auch die Service-Bereiche von ABB greifen dazu online auf die gleichen Informationen zu. Zurzeit überwacht das Unternehmen auf diese Art und Weise fast 1000 Schiffe weltweit und kombiniert, aufbauend auf den jahrzehntelangen Erfahrungen im Marinesektor, traditionelle Technologien mit den Industrie-4.0-Lösungen von morgen. Zu den gesammelten Daten gehören unter anderem Angaben aus den Bereichen Navigation, Wetter, Wellengang, Treibstoff sowie dem Antriebssystem aus Umrichter und Azipod.

Collaborative Operations

Beispielsweise nutzt die Optimierungslösung für Stromerzeugungsanlagen, das ABB Ability Marine Advisory System – Octopus, den prognostizierten Strombedarf eines Schiffs während seiner gesamten Fahrt als Eingabe zur Bestimmung der optimalen Last für jeden Generator. Bei dieser langfristigen Optimierung kommt ein Regler zum Einsatz, der ein Prozessmodell der gesamten Anlage nutzt, um den Anlagenzustand in zukünftigen Zeitschritten, dem Vorhersagehorizont, vorherzusagen, sodass eine optimale Verteilung der Last über die gesamte Fahrt hinweg bestimmt werden kann. Daraufhin wird eine optimale Regelsequenz für eine kürzere Zeitspanne, den Optimierungshorizont, bestimmt. Somit wird der Kraftstoffbedarf jedes Generators als nichtlineare Funktion der Lasten sowie der aktuellen Betriebszustände auf Basis spezifischer Kraftstoffverbrauchskurven und benutzerdefinierter Randbedingungen modelliert. Entsprechende Regler passen dann die jeweiligen Lasten unter Berücksichtigung des identifizierten Kraftstoffeffizienzmodells für jeden Dieselgenerator in Echtzeit an. Auf diese Weise können Schiffsbetreiber die Kraftstoffkosten sowie den Verbrauch um mindestens 4 % senken und die Emissionen reduzieren.

Zudem verlangen Versicherungen inzwischen von Frachtschiffreedern fallweise den Einsatz einer Routenplanungssoftware unter Berücksichtigung von weitreichenden Wetter- und Wellendaten nicht nur für die vom Treibstoffverbrauch her günstigste, sondern unter Berücksichtigung von Wind und Strömung sicherste Route von A nach B. Und ein anderes System errechnet den Einfluss der Wassertiefe in Küstennähe und im Tidenbereich auf den Strömungswiderstand des Schiffes und damit auf die optimale Geschwindigkeit beim Einlaufen in Häfen. Bis zu 5 % Treibstoff lassen sich durch solche Bewegungsvorhersagen sowie Leistungs- und Antriebsoptimierung einsparen.

E-Mobility bei Schiffen

Steigende Beachtung finden in der Schiffsbranche auch – ähnlich wie im Straßenverkehr – moderne Lösungen für die E-Mobilität auf hoher See. Im Grunde bilden mit den elektrischen, getriebelosen Antrieben seit einigen Jahren häufig nicht nur bei Kreuzfahrtschiffen Hybridsysteme das Antriebssystem der Wahl. Dabei laufen je nach Bedarf mehrere Verbrennungsmotoren unter optimalen Konstant-Bedingungen bezüglich Drehzahl, sowie Last und erzeugen über Generatoren Strom, der nicht nur für Beleuchtung, zum Kochen oder zur Klimatisierung an Bord verwendet wird, sondern auch für die elektrischen Antriebsmotoren. Zudem dürfen große Kreuzfahrtschiffe in zahlreichen Häfen und in Küstennähe seit geraumer Zeit nicht mehr mit Schweröl betriebene Motoren zur Stromerzeugung oder zu Antriebszwecken einsetzen. In Häfen werden deshalb elektrische Landanschlüsse installiert, die „sauberen” Strom in die Schiffe einspeisen, wodurch neben der optimierten Stromerzeugung und -verteilung auch die effiziente Energiespeicherung immer wichtiger wird. ABB-Systeme in Hybridlösungen bestehen Batterien, Integratoren/Konvertern für das DC-Netz an Board sowie einem Leitsystem. Sie können beispielsweise die Leistungsreserven zu den laufenden Generatoren bilden, Leistungsspitzen beim Start weiterer Maschinen abfangen, die kurzzeitige Reserve bei einem Generatorausfall darstellen sowie das strategische Laden unterstützen.

Darüber hinaus kommen in zunehmendem Maße auch rein elektrisch betriebene Schiffe – vornehmlich Fähren – zum Einsatz. So hat das Schweizer Unternehmen zum Beispiel die Fähre Tycho Brahe, die auf der Ostsee zwischen Dänemark und Schweden pendelt, nicht nur mit einem elektrischen Gleichstrom-Bordnetz sowie entsprechenden Energiespeichern ausgerüstet, ein ABB-Roboter sorgt auch für die automatische und schnelle Ankoppelung der einlaufenden Fähre an eine Ladestation. Während des Frachtentlade-/-ladevorgangs wird dadurch ausreichend Strom für die anschließende Rückfahrt in die Akkumulatoren gespeist. Des Weiteren fährt auf dem norwegischen Näroyfjord, einem Unesco-Naturerbe, seit etwa zwei Jahren ein elektrisch betriebenes Ausflugsschiff. Dessen Dieselantriebe werden erst nach dem Verlassen des Fjords zu Antriebs- und Ladezwecken angeworfen. Großes Potenzial bieten auch zahlreiche Spezialschiffe, etwa Versorgungsschiffe von Bohrinseln oder Zulieferschiffe von Aquafarmen.

Neue Formen der Energieerzeugung

Neben der sich ständig verbessernden Abgasreinigung bei modernen Dieselmotoren denkt man bei der 1795 gegründeten Meyer Werft in Papenburg auch ständig über neue Formen der Energieerzeugung auf Kreuzfahrtschiffen nach. Denn seit mit der Homeric das erste Kreuzfahrtschiff der Werft 1985 vom Stapel gelaufen ist, hat sich einiges verändert. So ist demnach etwa im Ostseeraum die Infrastruktur für Kreuzfahrtschiffe mit verflüssigtem Erdgas (LNG – liquefied natural gas) vorhanden und für das Mittelmeer sowie die Karibik sind Lösungen mit Bunkerschiffen möglich. Die Technologie wurde für Handelsschiffe entwickelt sowie getestet und wird nun auch in der Kreuzfahrt realisiert. Ein weiterer alternativer Brennstoff ist laut der Meyer Werft Metahnol. Hier werden mit dem Forschungsprojekt Methaship erste Erfahrungen gesammelt. Des Weiteren wird im Bereich von maritimen Brennstoffzellen sowie der Photovoltaik als eine weitere Energiequelle geforscht. Grundsätzlich sehen die Verantwortlichen der Werft dahingehend eine positive Entwicklung, dass der Energieverbrauch pro Passagier in den letzten Jahren durch bessere Systeme und Komponenten deutlich gesunken ist.

www.abb.de

www.meyerwerft.de

Weitere Informationen zu ABB Ability finden Sie unter:

hier.pro/mbtwp

ABB auf der Messe Innotrans 2018: Halle 9, Stand 304 und auf der Messe SMM 2018: Halle A3, Stand 202

Meyer Werft auf der Messe SMM 2018: Halle B4.EG, Stand 216


PLUS

Azipod-Antriebe

ABB bietet die getriebelosen Azipod-Antriebe in verschiedenen Bauformen mit unterschiedlichen Antriebsleistungen sowie für spezielle Einsatzzwecke an:

  • Azipod XL mit bis zu 17,5 MW
  • Azipod XO mit bis zu 22 MW
  • Azipod DO mit 1,5 MW bis 7,5 MW
  • Azipod CO mit 1,0 MW bis 4,5 MW
  • Für die höchsten Eisklassen: Azipod VI mit 5 MW bis 17 MW sowie Azipod ICE mit bis zu 5 MW
  • Für Offshore-Schiffe und –Einheiten: Azipod CZ mit bis zu 4,7 MW und Azipod DZ mit bis zu 7 MW

Details zu den Antrieben finden Sie unter:

hier.pro/3PilA

Ein Azipod DO sowie ein Azipod DZ (v.l.)
Bild: ABB

PLUS

ABB Ability

Mit der Markteinführung von mehr als 180 Lösungen und Services hat ABB im März 2017 einen erheblichen Wert für Nutzer in der vierten industriellen Revolution geschaffen. Durch das Zusammenbringen der großen Industrie-Expertise im Bereich der Netzwerkkonnektivität mit den aktuellen digitalen Technologien und Innovationen bietet ABB Ability leistungsstarke Lösungen und Dienstleistungen, die Unternehmen helfen und konkrete Geschäftschancen eröffnen können. Es hilft Anwendern in der Energieversorgung, der Industrie sowie im Transport- und Infrastruktursektor, Prozesse neu zu entwickeln oder zu verbessern. Denn mit ABB Ability können wichtige Erkenntnisse gewonnen, die Planung und Steuerung des Echtzeitbetriebs optimiert und die Ergebnisse in die Steuerungssysteme eingespeist werden, um wichtige Kennzahlen wie Anlagenverfügbarkeit, Schnelligkeit und Rendite zu verbessern. Das Angebot an digitalen Lösungen im Rahmen von ABB Ability umfasst Leistungsmanagementlösungen für anlagenintensive Branchen, Steuerungssysteme für Prozessindustrien, Fernüberwachungsdienste für Roboter, Motoren und Maschinen sowie Steuerungslösungen für Gebäude, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge und Offshore-Plattformen. Darüber hinaus fokussieren sich einige der spezialisierteren Angebote auf das Energiemanagement von Rechenzentren sowie die, in diesem Beitrag angesprochene, Navigationsoptimierung für Schiffsflotten.

Anzeige

Video aktuell

Michael Fraede, Senior Vice President System Technology der Zimmer Group, stellt den Kundennutzen durch durchgängige Mechatronisierung dar.

Aktuelle Ausgabe

Titelbild KEM Konstruktion Entwicklung Management 12
Ausgabe
12.2018
LESEN
ARCHIV
ABO

Newsletter

Unsere Dosis Wissensvorsprung für Sie. Jetzt kostenlos abonnieren!

Produkttester werden!

Sie möchten Differenzdrucksensoren testen. Jetzt bewerben!

Top-Thema Spannvorrichtungen

Spannvorrichtungen

Alles über Spannvorrichtungen und welches Einsparungspotenzial sie bieten

Top-Thema Schaltschränke

Alle Infos über den Schaltschrankbau mit seinen Komponenten, Geräten und deren Verdrahtung

Kalender

Aktuelle Termine für Konstrukteure

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de