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Mit vollen Segeln Richtung vollelektrische Fähre

Die dänische Ostseeinsel Ærø gehört zu den wenigen Inseln ohne Brückenverbindung zum Festland. Sie hängt daher von Autofähren ab. Ærø weist noch eine weitere Besonderheit auf: das Ziel, bis 2025 völlig CO2-neutral zu sein. Dank einer umfassenden Infrastruktur, die sich auf Solar- und Windkraft stützt, konnten im Hinblick auf dieses Ziel bereits beträchtliche Fortschritte verzeichnet werden. Trotz dieser Erfolge besteht durch die Abhängigkeit der Insel von Auto- und Passagierfähren weiterhin ein enormes Hindernis.
Mit vollen Segeln Richtung vollelektrische Fähre
Dieses Hindernis zu beseitigen ist das Ziel des EU-finanzierten Projekts E-Ferry (Prototype and full-scale demonstration of next generation 100 % electrically powered ferry for passengers and vehicles). Dazu möchten die Forscher eine vollelektrische, emissionsfreie Fahrzeug- und Passagierfähre entwerfen, konstruieren und schließlich demonstrieren. Die zukunftsweisende Fähre wird mit einer einzigen Ladung eine Strecke von 22 Seemeilen (umgerechnet rund 40 km) bewältigen können – gut das Siebenfache der Reichweite gegenwärtig verkehrender elektrischer Fähren.

Um mehr darüber zu erfahren, trafen wir Projektkoordinatorin Trine Heinemann.

Worauf kommt es dem Projekt an?

Das Projekt soll zeigen, dass eine grüne Alternative für Fährschiffflotten wirtschaftlich sinnvoll sein und Passagiere effizient befördern kann. Unser Prototyp steht kurz vor der Fertigstellung und wird bald in Betrieb gehen. Ich bin davon überzeugt, dass wir nach der Fertigstellung vollelektrische Fähre haben werden, die nicht nur den bisherigen elektrischen Fähren im Hinblick auf die Reichweite pro Ladung und die Batteriekapazität überlegen sein wird. Sie wird zudem als Lösungsalternative für viele Schwierigkeiten und Hindernisse dienen können, die Fährbetreiber bisher von einer Elektrifizierung zurückschrecken ließen.

Wie sieht der Ladevorgang für die E-Fähre aus?

Im täglichen Betrieb wird die Fähre nur für den gewohnten Zeitraum von durchschnittlich 20-25 Minuten anlegen, in dem Fahrzeuge, Fracht und Passagiere ein- und ausgeladen werden. Daher ist es absolut unerlässlich, dass der Ladevorgang so bald wie möglich beginnt und bis zum letztmöglichen Moment vor dem Ablegen anhält.

Die Ladestation kann das Schiff mit bis zu 4,4 Megawatt (MWh) Gleichstrom versorgen und arbeitet vollautomatisch. Dadurch kann der Ladevorgang beginnen, sobald das Schiff andockt. An welcher Stelle ein Schiff anlegt, richtet sich immer nach den Gezeiten, der Witterung und dem Ladungsgewicht. Um dem Rechnung zu tragen, entschied sich das Projekt dafür, den Ladevorgang von der Küste an den Fähranleger zu verlagern. Da sich der Anleger im Wesentlichen parallel zum Schiff bewegt, sollte der Anschluss zwischen dem Stecker am Anleger und der Schiffsbuchse unabhängig von Gezeiten-, Witterungs- und Ladebedingungen immer möglich sein.

Erzählen Sie uns bitte mehr über die Batterie.

Die Batteriebank besitzt eine hohe Kapazität, um den Betrieb der E-Fähre bei bis zu sieben Fahrten pro Tag zu ermöglichen. Solche „Überdimensionierungen“ sind bei Batterieanlagen an Land überhaupt kein Problem. Doch im maritimen Bereich stellen sich dadurch verschiedene Probleme, die nach einer Lösung verlangen. Zum Beispiel sind die Batterien schwer – und je höher die erforderliche Kapazität, desto schwerer auch die Batterie. Die Batterien an Bord der E-Fähre wiegen etwa 56 Tonnen. Je mehr Gewicht dazu kommt, desto mehr Energie ist für den Schiffsbetrieb nötig.

Wie haben Sie das Gewichtsproblem bewältigt?

Wir haben den Prototyp der E-Fähre mit Blick auf Gewichts- und Energieeinsparungen konzipiert. Die Konstruktion von Rumpf und Deckaufbau reduziert beispielsweise den Widerstand im Über- und Unterwasserbereich. Das Ergebnis ist ein langes, relativ schlankes Schiff mit Passagier- und Besatzungsräumen. Außerdem wurde weitestgehend leichtes Material verbaut, zum Beispiel in Form der Aluminiumbrücke und in Form von Deckmobiliar aus Altpapier. Weitere Gewichtseinsparungen wurden durch das eigens entwickelte Elektroantriebssystem möglich, das extrem kompakt und leicht ist – der größte Antriebsmotor wiegt nur 750 kg.

Auch bei der elektrischen Anlage konnten wir das Gewicht reduzieren, da sie nicht wie bei einem landseitigen Netz mit Wechselstrom, sondern mit Gleichstrom geladen wird. Bei Batteriesystemen, die mit Gleichstrom betrieben werden, muss zwischen landseitigem Netz und den Batterien aber eine Umwandlung erfolgen. Dazu braucht man Antriebe, Wechselrichter, Filter und Steuerungen – und all das wird für gewöhnlich auf dem Schiff untergebracht. Bei der E-Fähre hingegen wird der Strom landseitig umgewandelt und das Schiff wird mit Gleichstrom geladen. Das bedeutet, dass viele große und schwere Komponenten, die zur Konvertierung nötig sind, an Land installiert werden können statt an Bord. Dadurch sind enorme Gewichtseinsparungen möglich.

Batterien sind entflammbar. Wie sind Sie den Brandschutz angegangen?

Ganz einfach, indem wir ein Batteriesystem speziell für den Einsatz im maritimen Bereich entwickelt haben. Es umfasst eine Schaumlöschanlage, die bei einem thermischen Ereignis in einer der 840 Schiffsbatterien automatisch einen organischen Schaumstoff in das betreffende Teil der Batterie spritzt. Dieser Schaumstoff kann nicht nur etwaige Brände in der betroffenen Batterie löschen, sondern wirkt auch kühlend auf die umliegenden Batterien, sodass das thermische Ereignis eingedämmt wird.

Was dürfen wir uns von der seetauglichen E-Fähre versprechen?

Die E-Fähre wird nach ihrer Fertigstellung einen richtungsweisenden Lösungsansatz für mittellange Fährstrecken darstellen. Vor allem ermöglicht die E-Fähre im Vergleich zu einer konventionellen Fähre dieser Kapazität voraussichtlich Emissionssenkungen von 2 000 Tonnen CO2, 41 500 kg NOx und 1 350 kg SO2 pro Jahr. Zudem wird sie im Betrieb geräuscharmer sein und erzeugt weniger Kielwasser. Das bedeutet noch geringere Umweltauswirkungen und zugleich eine höhere Lebensqualität für die Hafenanrainer und nicht zuletzt auch für die Passagiere und Besatzungsmitglieder an Bord der Fähre.

Quelle: Interview im Magazin Research*eu, Ausgabe 77

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