Automatisiertes Schnellladen für einen fahrplanmäßigen Elektrofährenbetrieb
Batterieelektrische Fähren können zu weniger Emissionen und Lärm beitragen, müssen jedoch während kurzer Zwischenstopps am Hafen aufgeladen werden, ohne die Passagierinnen und Passagiere zu stören oder die Batterien zu schädigen. Häfen benötigen zudem eine Ausstattung, die mit Bewegungen von Wasserfahrzeugen, Netzgrenzen und unterschiedlichen Schiffsdesigns zurechtkommt. Dies unterstützt die Strategie der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation zur Verringerung der Treibhausgasemissionen von Schiffen(öffnet in neuem Fenster) sowie den Ausbau der landseitigen Stromversorgung in Europa. Das EU-finanzierte Projekt HYPOBATT(öffnet in neuem Fenster), das vom Forschungszentrum IKERLAN koordiniert wird, hat ein modulares Multi-Megawatt-Ladesystem für Elektrofahrzeuge entwickelt. Es vereint eine automatisierte Verbindung, Stromumwandlung, batteriesensible Steuerung und digitale Werkzeuge für den Hafenbetrieb. Die von Frisia betriebene Fährverbindung zwischen Norddeich und Norderney dient für das Projekt als maritimer Anwendungsfall im Vollmaßstab.
Automatisierte Ladeverbindung für den Fährverkehr trotz Gezeiten und Wind
Eine Fähre kann nicht so fest an einem Kai anlegen wie ein Auto neben einer Ladestation parken kann. Endika Bilbao, HYPOBATT-Projektkoordinator und leitender Forscher in der Abteilung für Energiespeicherung und Leistungselektronik bei IKERLAN, erklärt hierzu: „Zunächst einmal ist das Wasserfahrzeug nicht fest verankert: Gezeitenbewegungen, Wind und Toleranzen beim Festmachen verändern ständig seine Position in Relation zum Kai, sodass sich das System wiederholt ausrichten und eine Verbindung herstellen muss.“ Der automatisierte Stecker muss dann in einer salzhaltigen Umgebung hohe Stromstärken bei geringem Widerstand übertragen. Die Kontaktflächen, Ausrichtung und Kommunikation sind entscheidend für eine sichere Verbindung bei minimalem manuellem Eingreifen. Frühere EU-finanzierte Forschung zu vollelektrischen Fähren zeigte, warum der Ladevorgang bereits während des Be- und Entladens sowie Ein- und Aussteigens zügig beginnen muss.
Schnellladen schützt Batterien und Fährenfahrpläne
Ein schnelleres Laden kann Wasserfahrzeugen während ihres üblichen Zwischenstopps bei einer hinreichenden Energierückgewinnung helfen, so dass die Fahrpläne eingehalten werden, wenn das Einsteigen, Manövrieren, Wetter oder die Verkehrsdichte zu Verzögerungen führen. Bilbao erklärt dazu: „Der Schutz der Batterien war einer der wesentlichen Leistungsindikatoren von HYPOBATT, und das Projekt hat dieses Ziel erreicht, indem es das Schnellladen als ein Problem des Energiemanagements betrachtet und nicht auf die bloße Bereitstellung der höchstmöglichen Leistung reduziert hat.“ Die Steuerung des Ladesystems und ein digitaler Zwilling passen das Ladeprofil auf der Basis von Batterietemperatur, Ladezustand sowie Leistungsfähigkeit des Stromnetzes an. Dadurch wird die für die Strecke erforderliche Energie bereitgestellt, während unnötige Belastungen und eine verkürzte Batterielebensdauer vermieden werden. Darüber hinaus erhalten Hafenbetreiberorganisationen Daten zu Verbindungszeiten, Verfügbarkeit, Netzkompatibilität und zum fahrplanmäßigen Fährenbetrieb.
Gemeinsames Megawatt-Laden senkt das Investitionsrisiko für Häfen
HYPOBATT hat den Industriestandard „Megawatt-Ladesystem“ (MCS) in seinem maritimen Anwendungsfall im Vollmaßstab umgesetzt. Standardisierte Schnittstellen und Kommunikation sind wichtig, da Häfen keine separate Infrastruktur für jedes einzelne Wasserfahrzeug oder jede Betreiberorganisation rechtfertigen können. Bilbao formuliert es so: „Ein gemeinsamer Standard senkt das Investitionsrisiko, vermeidet doppelte Infrastrukturen und ermöglicht die Nutzung von Ladesystemen für verschiedene Wasserfahrzeuge und Betreiberorganisationen.“ Dieser Ansatz unterstützt die Interoperabilität, die mit der EU-Verordnung über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe(öffnet in neuem Fenster) angestrebt wird und ergänzt die FuelEU-Verordnung über den Seeverkehr(öffnet in neuem Fenster). Dank der Modularität kann die Ladekapazität zudem an Fahrpläne, Hafengrundrisse und Netzbedingungen angepasst werden. Durch die Abstimmung der Ladefenster auf erneuerbaren Strom, Speicherung und andere Hafenlasten könnten Hochleistungsladesysteme Geschäftsmodelle für eine gemeinsam genutzte Infrastruktur und Energiedienstleistungen fördern. HYPOBATT verknüpft somit die Ladetechnologie mit dem Hafenbetrieb: Häfen können zu Energiezentren für einen zuverlässigen, skalierbaren und investitionsfreundlicheren elektrifizierten Seeverkehr werden.
