Motion Control Energieeffiziente Frequenzumrichter sorgen für frische Fische

Fischerboote sind heute High-Tech-Maschinen, die dafür optimiert werden, dass der Fang in erstklassigem Zustand „lebendfrisch“ zu Hause ankommt. Doch auch Energieeffizienz ist ein wichtiges Kriterium. Frequenzumrichter von Danfoss helfen der MS Fugløyhav, Energie zu sparen und den besten Preis für ihren frischen Fang zu erhalten.

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Die MS Fugløyhav aus der norwegischen Werft Vaagland ist ein typisches modernes Fischerboot: Trotz der bescheidenen Bezeichnung ist es nämlich ein vollwertiges Schiff mit 34 m Gesamtlänge und einer Brutto-Tonnage von 499 t. Es ist hochautomatisiert mit modernster Technik ausgestattet, und überall sind Danfoss VLT AutomationDrives im Einsatz: zur variablen Drehzahlregelung der hydraulischen Pumpen für die Hauptruderanlage, für das Kühlsystem, in dem die Fische frisch gehalten werden sowie für die Strahlruder, die das Schiff in die optimale Position bringen, wenn der wertvolle Fang an Bord geholt wird.

Die Hauptantriebseinheit der Schiffsschraube ist ein Dieselmotor mit Wellengenerator, der von einem zusätzlichen Dieselgeneratorsatz unterstützt wird. Diese beiden Generatoren sind für die Stromversorgung des gesamten Boots verantwortlich, besonders zur Versorgung der zahlreichen VLT-Frequenzumrichter, die für Steuerung, Strahlruder und Kühlanlage zuständig sind. „Für die Strahlruder an Heck und Bug haben wir die Danfoss VLT AutomationDrive-Serie verwendet. Die VLT-Frequenzumrichter sind durch ihre intuitive und benutzerfreundliche LCP-Bedieneinheit leicht zu programmieren. Außerdem hat uns Danfoss während des gesamten Projekts hervorragend unterstützt“, so Daniel Kvalvik von Elmarin, dem Auftragnehmer für die Strahlruder und die elektrische Installation an Bord.

Softstart verringert die Spitzenlasten

Dabei ist die Softstart-Eigenschaft der Drive Motor-Steuerung für den Einsatz auf See besonders wichtig, da sie die Spitzenbelastung der Dieselgeneratoren verringert. Das wiederum bewirkt, dass kleinere Generatorsätze eingesetzt werden können – ein großer Vorteil, weil auf kleinen Schiffen Platz immer Mangelware ist.

Das Ruder der Fugløyhav wird mit einer hydraulischen Drehschieber-Lenkeinheit bewegt. Die zweifach redundanten, reversierbaren Hydraulikpumpen werden jeweils von einem 22 kW-VLT-Frequenzumrichter angetrieben, der eine präzise Steuerung und äußerst genaue Ruderpositionierung ermöglicht. Das Ruder benötigt nur beim Ruderlegen für einen Kurswechsel Energie für seine Bewegung.

Die zwei größten Frequenzumrichter mit jeweils 355 kW treiben die Strahlruder an Bug und Heck an. Sie sorgen nicht nur beim Anlegen für die seitliche Steuerung, sondern auch in den Fanggebieten, wenn das Boot beim Einholen des Netzes entsprechend manövrieren muss. Die Zeiten, in denen das riesige und schwere Netz an Bord gehoben und der Fang an Deck ausgekippt wurde, sind vorbei. Stattdessen legt sich das Boot längsseits ans Netz, die Fische werden lebend angesaugt und in gekühlte Lagertanks im Inneren des Boots gepumpt. Dabei entstehen nur minimale Beeinträchtigungen für die Fische.

Während das Netz geleert wird, ist ein hohes Maß an Kontrolle über das Boot besonders wichtig. Das gewährleisten die Strahlruder. Auch hier sind die Softstart- und Rampeneigenschaften neben dem niedrigeren Energieverbrauch wichtige Vorteile der Steuerung mit Frequenzumrichtern. „Die Antriebssteuerung mit Strahlrudern ermöglicht eine besonders gute Steuerung beim Anlegen am Dock oder wenn sich das Schiff dem Netz nähert. Strahlruder sind zudem viel energieeffizienter als die Alternative mit einem Verstellpropeller", erklärt Peter Vaagland von der Werft Vaagland Båtbyggeri bei Kristiansund in Norwegen. „Sie sind weniger wartungsaufwändig, weil der Verschleiß geringer ist. Und die Lösung ist äußerst kompakt, was für ein Boot mit nur 34 m Länge ein wichtiger Faktor ist. Wir verwenden dieses System seit Jahren, und unsere Kunden sind begeistert.“

Ein ganz entscheidender Aspekt bei der Konstruktion der MS Fugløyhav war natürlich die Qualität des Fangs, da tote Fische sehr schnell verderben. Damit das Boot länger auf See bleiben kann und die Fangqualität dennoch gewährleistet bleibt, werden die Fische an Bord lebend aufbewahrt – in Seewasser-Kühltanks, die mit einem hocheffizienten Kühlsystem auf einer Temperatur von -1,5°C gehalten werden. Bei dieser Temperatur verfallen die Fische in einen Kälteschlaf und halten diesen Zustand während der Dauer der Fahrt, bis sie am Ende lebendig und fangfrisch ausgeladen werden. Dies ist besonders wichtig für Seefisch wie Makrele, der sehr schnell verdirbt.

Auch im Kälteschlaf haben die Fische stets frisches Wasser

Das Kühlsystem der Fugløyhav wird gespeist von einem 160 kW-Schraubenkompressor und zwei 22 kW-Zirkulationspumpen, alle drehzahlgeregelt mit VLT-Frequenzumrichtern. Diese sorgen für stetiges zirkulieren des Wassers in den Aufbewahrungstanks von unten nach oben. Bei Bedarf wird frisches Meerwasser hinzugepumpt, um den erstklassigen Zustand der Fische aufrecht zu erhalten.

Die VLT-gesteuerten Kompressoren und Pumpen ermöglichen eine hochgenaue Kontrolle der Lagerungsbedingungen und sparen dabei im Vergleich mit konventionellen Kompressoren rund 20 Prozent Energie . Die Softstart- und Rampeneigenschaften sind zudem auch für diese Systeme von großer Bedeutung, da der Kompressor bis zu etwa einem Drittel der Geschwindigkeit hochlaufen kann, während sein Schieberventil die Last auf 100 Prozent steigert und der Frequenzumrichter auf seine volle Geschwindigkeit von 3600 UPM beschleunigt. Durch Steuerung des Saugdrucks wird der Druck in den Seewasser-Kühltanks konstant gehalten.

Die hier eingesetzten VLT AutomationDrive FC 300 sind modular aufgebaut und durch ihre Konfigurierbarkeit und den großen Leistungsbereich von 0,25 bis 1400 kW für die meisten Anwendungen geeignet. Für den Einsatz auf See besonders prädestiniert sind die Ausführungen in hoher Schutzart bis IP66. Die Eignung der VLT-Frequenzumrichter für Marineapplikationen ist durch die Zulassung nach insgesamt acht Standards wie Lloyds, GL, CCS, RINA, DNV etc. gewährleistet. Schon bei der Entwicklung der Geräte hat Danfoss das Augenmerk speziell auf die Gesamtkosten für Installation und Betrieb gelegt. Auf den Antrieb abgestimmte Leistungskomponenten wie EMV-Filter oder Drosseln sind bereits in den Geräten integriert. Dies verringert den Aufwand für die Installation und optimiert den Gesamtwirkungsgrad.

Mehr elektrische Komponenten eröffnen neue Spielräume

Schon lange werden auf Schiffen für Winden oder Pumpen elektrische Antriebe verwendet. Auch die Kombination der Antriebsanlage als Hybrid zu dieselelektrischen Einheiten ist nicht neu – aber immer mehr im Trend. Insgesamt steigt der Anteil elektrisch betriebener Komponenten, was Raum für Optimierungen bietet. Die brennstoffgetriebenen Motoren fungieren dabei als Generatoren, Stromlieferanten für die elektrischen Arbeitsmaschinen: Ein wichtiges Thema gerade auf See ist somit die Begrenzung der Stromaufnahme der Elektroantriebe, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten sowie deren Energieeffizienz. Immerhin muss ein Schiff seinen Energievorrat für jeden Bedarf mit sich führen – und das hat Einfluss auf die Betriebskosten bzw. den Platzbedarf für Tanks. Zudem ist es auch eine Frage der Notwendigkeit, je nach Dauer der Ausfahrten und Wetterverhältnisse: Die Fangfahrten dauern nicht selten zehn bis zwanzig Tage, und niemand möchte bei 20 Prozent Brennstoffvorrat gern das Barometer fallen sehen, wenn er noch eine größere Strecke bis zum Hafen vor sich hat und unter Umständen einen aufziehenden schweren Sturm auf See abwettern muss.

Unter diesen Rahmenbedingungen ist robuste Technik und der effiziente Umgang mit dem Treibstoff sehr wichtig. Zudem ist es für ein Fischereifahrzeug wie die Fugloyhav essentiell, den leicht verderblichen Fang ohne Verluste frisch zum Kunden an Land zu bringen. Das erzwingen schon die hohen Kosten der Fangfahrt.

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