Hybrider Antrieb: Mit weniger Treibstoff über den See

Auch die Schifffahrt macht sich auf in eine sauberere Zukunft: Das neue Motorschiff MS Diamant, das auf dem Vierwaldstättersee unterwegs ist, verbraucht dank einem kombinierten Antrieb mit Diesel- und Elektromotoren einen Fünftel weniger Treibstoff als eines mit reinem Dieselantrieb. Die Lösung hat die Shiptec AG in Luzern gemeinsam mit Siemens-Spezialisten entwickelt.

Vor über 180 Jahren nahm das erste Dampfschiff auf dem Vierwaldstättersee seinen Betrieb auf. Mittlerweile ist die Dampfmaschine anderen Antriebslösungen gewichen, nur noch fünf Schiffe der Schifffahrtsgesellschaft Vierwaldstättersee (SGV) sind mit Dampf unterwegs. Die anderen 15 werden mehrheitlich mit Diesel betrieben. Bereits 2006 überlegte sich die SGV, welche alternativen Antriebe in der Schweizer Binnenschifffahrt möglich sind. Die Ingenieure und Maschinenbauer verfolgten verschiedene Ansätze. «Unsere Überlegungen führten uns relativ schnell zu einem dieselelektrischen System», erzählt Martin Einsiedler, Leiter Schiffsentwurf und Engineering bei der Shiptec AG, einer Tochtergesellschaft der SGV.

 

So ist das neue Kurs- und Bankettschiff der SGV, das Motorschiff MS Diamant, mit einem parallel hybriden Antrieb unterwegs, bei dem Diesel- mit Elektromotoren gekoppelt sind. Die Idee ist einfach: Im Normalbetrieb treiben zwei Dieselmotoren das MS Diamant an. Die daran gekoppelten Elektromotoren arbeiten als Generatoren und versorgen das Schiff mit elektrischer Energie oder laden die Batterien auf. Bei schwierigen Wetterbedingungen oder grosser Beschleunigung unterstützen die Elektromotoren die relativ kleinen Antriebsdieselmotoren. «Im Vergleich zu einem reinen Dieselantrieb braucht das Schiff damit weniger Treibstoff und stösst weniger CO2 aus», erklärt Einsiedler. «Die Schifffahrt hat den Ruf, dreckig zu sein. Zum Teil zu Recht.» Auch die Kosten sinken mit dem effizienten Antrieb, denn der Treibstoff macht bei einem Schiff etwa einen Drittel der Betriebskosten aus. Dass die kleineren Komponenten weniger wartungsintensiv sind, freut den Kunden zusätzlich.

Enge Zusammenarbeit mit Siemens

Umgesetzt hat Shiptec das neue Antriebssystem gemeinsam mit Siemens. Einsiedler begründet den Entscheid: «Siemens Marine Systems in Hamburg hatte Erfahrung mit ähnlichen Systemen. Das Unternehmen verfügt über ein sehr breites Produktportfolio und die Siemens-Komponenten basieren auf bewährten Konzepten von Trolleybussen. Damit haben sie bewiesen, dass sie sehr zuverlässig sind.»

 

Auch Martin Wünsch, der das Projekt für Siemens betreut hat, ist voll des Lobes: «Wir haben unser <Siship EcoProp> genanntes Hybridsystem schon bei anderen Schiffen umgesetzt, doch in Form und Grösse ist das MS Diamant einzigartig.» Beide Seiten betonen die gute Zusammenarbeit. «Wir haben viel voneinander gelernt – Shiptec über technische Möglichkeiten, Siemens zur Schiffsdynamik und den Betrieb eines Schiffes», sagt Einsiedler.

Vollintegriertes Energie- und Antriebssystem

Da die Bordenergieerzeugung ins Konzept integriert ist, reden Einsiedler und sein Team nicht mehr nur von einem Antriebssystem, sondern von einem «vollintegrierten Energie- und Antriebssystem». Das macht Sinn, so Einsiedler: «Es bringt nichts, nur den Antrieb zu optimieren. Man muss das ganze System anschauen, mit allen Verbrauchern auf dem Schiff.» Da das Bordnetz seinen Strom aus dem Gesamtsystem bezieht, werden die üblichen Dieselgeneratoren mit ihrem sehr schlechten Wirkungsgrad unnötig. Für den Notfall und für Grossanlässe finde man auf dem MS Diamant dennoch Generatoren, sagt Einsiedler. «Gerät das Schiff zum Beispiel in einen Föhnsturm und muss sehr harte Manöver fahren, können die Generatoren zusätzliche Leistung zur Verfügung stellen.»

 

Auf den ersten Blick mag es überraschen, dass nicht der Antrieb die grössten Herausforderungen bringt. Doch zahlreiche Systeme an Bord benötigen Strom. In den Innenräumen des Schiffes sorgen Heizungs-, Lüftungs- und Klimasysteme von Siemens Building Technologies für ein angenehmes Raumklima. Die Besatzung kann diese über zwei Panels bei der Kasse und im Oberdeck bedienen, auf die Steuerung der Systeme können die Techniker auch aus der Ferne zugreifen. «Geheizt wird zwar mit Abwärme der Motoren, gekühlt wenn immer möglich mit Seewasser», erklärt Einsiedler. «Doch der Betrieb der Anlagen und auch der Sensoren und Geräte für die Navigation brauchen Strom.» Den grössten Bedarf hat aber die Gastronomieküche, die für maximal 1100 Passagiere konzipiert ist.

Erwartungen übertroffen

Der Antrieb überzeugt. Obwohl noch Optimierungen möglich sind, ist das Fazit aus den ersten Betriebsmonaten des MS Diamant durchwegs positiv. Das mehrfach redundante System ist sehr zuverlässig und sparsamer als erwartet. Shiptec sowie die ETH Zürich und die Klassifikationsgesellschaft DNV GL, bei denen Shiptec Zweitmeinungen eingeholt hatte, errechneten im Vorfeld einen 13 bis 18 % tieferen Verbrauch. Dass das MS Diamant diese Prognosen übertrifft, lässt sich bereits nach der ersten Saison sagen. «Wir liegen im Bereich von 18 bis 25 %», freut sich Einsiedler. Auch Siemens hat nicht mit so guten Werten gerechnet. «Die Zahlen sind beeindruckend», sagt Martin Wünsch. «Zusätzlich spart die SGV 28 bis 36 % Wartungskosten.»

 

Auch der Bund interessiert sich für die Betriebszahlen des MS Diamant und fördert ein Projekt, in dem der Verbrauch des Schiffes gemessen und analysiert wird. «Bis Ende 2019, wegen des Unfalls vielleicht auch etwas länger, messen wir Verbrauch, Bedarf und Verteilung der Energie», erklärt Einsiedler. Die aufgezeichneten Daten werden regelmässig ausgewertet. Sie beziehen sich vor allem auf den Kursbetrieb, denn der Verbrauch bei Veranstaltungen auf dem Schiff lässt sich schlecht beziffern, da jeder Event völlig anders ist.

Eines der modernsten Binnenschiffe Europas

Am 4. Mai 2017 nahm eines der modernsten Binnenschiffe Europas seinen Betrieb auf dem Vierwaldstättersee auf: Das Motorschiff MS Diamant. Das 63,5 Meter lange und 13,5 Meter breite Schiff wiegt etwa 400 Tonnen und ist für maximal 1100 Fahr- oder 400 Bankettgäste ausgelegt. Im Nautilus-Raum ermöglicht ein Unterwasser-Fenster den Blick unter Wasser. Auf der tief gelegenen Terrasse am Heck lässt sich die Fahrt über den Vierwaldstättersee knapp über der Wasseroberfläche geniessen. Ein Fussbad mit frischem Seewasser bringt den See auf das Schiff, die Kompasslounge richtet sich immer nach der Himmelsrichtung aus. Das Schiffsinnere überzeugt mit seiner Variabilität: Ein Bereich des Oberdecksalons kann abgesenkt werden – bei Bedarf entsteht so ein grosser Salon mit Galerie, in den durch die grosse Glaskuppel Sonnenlicht scheint.

21.06.2018

Picture credits: Lorenz Richard Photography