BATMAN+ - Batterieauslegung mittels MC-Simulation des Anlagenverhaltens 4.0.; Teilvorhaben: Numerische Grundlagen

Abstract

Batterieantriebe werden als wesentliches Element für eine zukünftige grüne Schifffahrt angesehen. Die Schiffe können bei Revierfahrt und im Hafen emissionsfrei betrieben werden, wenn die Energieerzeugung über die Batterien erfolgt. Gleichzeitig können die Batterien Spitzenleistungen abpuffern und ermöglichen so den Einbau von Primärenergieerzeugern mit geringerer Leistung. Wenn die Lade- und Entladezyklen der Batterien sinnvoll mit dem Powermanagementsystem verknüpft werden, kann der Betrieb der Generatoren im ungünstigen Teillastbereich vermieden, und damit weiter Brennstoff gespart und Emissionen vermieden werden. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zum maritimen Umweltschutz geleistet. Das Problem besteht darin, die jeweils benötigte Batteriekapazität sowie die Anbindung des Batteriepaktes in das Power-Management-System zuverlässig vorhersagen zu können. Wenn der emissionsfreie Betrieb des Schiffes im Hafen und bei Revierfahrt allein mit den Batterien erfolgen soll, dann muss zwangsläufig gegen Ende jeder Reise eine Mindestenergiemenge im Batteriesystem gespeichert sein, denn sonst ist das nicht möglich. Gerade diese Forderung nach einer Mindestenergiemenge am Ende der Reise ist aber das zentrale theoretische Problem bei der Systemauslegung, weil sich diese aufgrund der Vorgeschichte der Reise und die dabei mögliche Lade/Entladezyklen ergibt. Dies ist das eigentlich Neue an dem Vorhaben, und das Problem ergab sich allein aus dem zu erreichenden emissionsfreien Betrieb. Zur Lösung des Problems wurde nicht nur eine exakte und hinreichend fein aufgelöste Langzeitenergiebedarfsrechnung implementiert, sondern es mussten auch zeitabhängige Lade- und Entladezyklen auf theoretischem Wege vorab bestimmt werden, weil davon das Power-Managementsystem und der Betrieb der Generatoren abhängt. Dabei gingen die Antragsteller während des Vorhabens von zwei Szenarien aus: Aufgrund der vorhandenen Batteriekapazitäten und auch Preise, eignen sich batteriegestützte Zusatzantriebe derzeit vor allem für solche Schiffe, die auf festen Routen fahren und für die ein Fahrprofil mit hinreichender Zuverlässigkeit bestimmt werden kann. Das sind zunächst Schiffe in der küstennahen Fahrt, für die umweltfreundliche Antriebe grundsätzlich attraktiv sind, weil sie oft in besonders sensiblen Bereichen fahren. Auch moderne Yachten setzen zunehmend auf Batterielösungen, um Vorteile in attraktiven Häfen zu erlangen, z. B. bessere Liegeplätze. Daher konzentrierte sich das Vorhaben zunächst auf solche Neubauten. Im Verlaufe des Vorhabens wurde dann das Auslegungsverfahren verallgemeinert, um auch andere Schiffstypen zu erfassen.