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Jun 20, 2023

ABB hilft den legendären „Maid of the Mist“-Booten, umweltfreundlich zu werden

Von Paul Heney | 5. Juni 2023 Die neue elektrische Maid of the Mist liegt am Dock,

Von Paul Heney | 5. Juni 2023

Die neue elektrische Maid of the Mist steht am Dock, hinter einem der alten Dieselmodelle.

Jeder, der die Niagarafälle im Sommer besucht hat, hat sicherlich die berühmten Boote der „Maid of the Mist“ beobachtet, die durch die Gewässer der Niagara-Schlucht fuhren. Die Schiffe, die von oben winzig erscheinen, scheinen dem tosenden Wasser der amerikanischen und kanadischen Wasserfälle gefährlich nahe zu kommen und etwa 200 Fuß in die Tiefe zu stürzen. Jetzt hat der amerikanische Betreiber der beiden Schiffe beschlossen, mit völlig neuen Schiffen, die die Null-Emissions-Technologie von ABB nutzen, auf die Technologie des 21. Jahrhunderts umzusteigen und die vollelektrischen Fähren anzutreiben. Diese neuen Fähren können jeweils mehr als 500 Passagiere befördern und ersetzen die bisherigen Dieselschiffe.

Design World erhielt kürzlich eine exklusive Einladung zu einer Besichtigung der neuen Boote, einschließlich einer Fahrt unter die Luken und einer Fahrt durch den Nebel.

Die Maid of the Mist Corp. wurde 1846 gegründet und ist ein Familienunternehmen. Dieser Schritt vorwärts, um die kommerzielle Machbarkeit der vollelektrischen Bootstechnologie zu demonstrieren, hat dem Unternehmen weltweite Aufmerksamkeit verschafft. Es wird angenommen, dass die Niagara-Boote zu den ersten vollelektrischen Schiffen gehören – aber sie werden nicht die letzten sein. Branchenexperten sagen, dass Passagierfähren, Binnenschiffe, Hafenschlepper und Bagger gut für den rein elektrischen Betrieb geeignet seien.

Die neue elektrische Maid of the Mist macht sich auf den Weg zu den Wasserfällen.

ABB stellte fest, dass Seeschiffe einen der größten Verursacher der Transportemissionen darstellen (3–5 % des weltweiten CO₂ und mehr als 5 % des weltweiten SOx-Ausstoßes), sodass die Elektrifizierung der Schifffahrt nicht früh genug erfolgen kann. Heutzutage wäre es schwierig, zu 100 % elektrische Seeschiffe zu bauen. Da die Geräte jedoch kleiner und kostengünstiger werden, eröffnen sich immer wieder neue Möglichkeiten. Autonome, vollelektrische Seeschiffe könnten in den kommenden Jahren möglich und praktisch sein.

Neue Horizonte in der Schiffsbatterietechnologie Das weltweite Interesse an der Elektrifizierung der Schifffahrt wird beispielsweise durch neue Vorschriften der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation beflügelt, wie etwa die IMO-Kraftstoffschwefelverordnung von 2020, die den Grenzwert für den Schwefelgehalt von Bunkerkraftstoff senken wird. Schifffahrtsbetreiber sind daher daran interessiert, die Brennstoffzellentechnologie zu erforschen.

Jon Diller, der kaufmännische Leiter von Spear Power Systems mit Sitz in Kansas City, erklärte, dass die auf den Fähren verwendeten Batterien zwischen der linken und der rechten Seite aufgeteilt seien; Jede Seite verfügt über 168 kWh eingebettete Energie, es handelt sich also um ein 316-kWh-Schiff. Die Batterien basieren auf dem Spear-Energiemodul, das eine rechteckige Pouch-Zelle von LG Chem verwendet.

„Jedes Modul hat 64 Amperestunden, was ungefähr der 21-fachen Größe einer Zelle in einem Mobiltelefon entspricht. Wir nehmen zwei davon und schalten sie parallel, und dann nehmen wir 24 und schalten sie in Reihe. Das ergibt ein Modul.“ das hat 11,3 kWh eingebettete Energie. Das ist eine 11-kWh-Einheit und sie hat eine maximale Spannung von 100 Volt“, sagte Diller. „Wir nehmen dann dieses Modul und schalten es mit anderen Modulen in Reihe, um die Systemspannung zu erreichen, die für den Betrieb mit dem Antriebssystem gewünscht ist. In diesem Fall soll der Spannungsbereich der Antriebe irgendwo zwischen 640 Volt und 420 Volt liegen. Also.“ „Ich gehe mit sieben Modulen in Reihe, um eine maximale Spannung von 100 Volt zu erreichen.“

Aus Sicherheitsgründen gibt es laut Diller ein Batteriemanagementsystem, um den elektrischen Missbrauch der Batterie zu verhindern. Es verhindert, dass Bediener Dinge tun, die dazu führen, dass eine Batterie in Brand gerät: Überladen, zu schnelles Laden, Laden, wenn es eingefroren ist, oder Laden, nachdem der Ladezustand 0 % erreicht hat.

Die Stromverteilungsstation des Schiffes befindet sich unterhalb der Kopie des Hauptdecks.

„Wenn man Menschen daran hindern kann, solche Dinge zu tun, kann man ein internes thermisches Durchgehen verhindern“, sagte er. „Aber jedes Fach, jede Batterie weist in einem Abschnitt einen thermischen Durchbruch auf. Er ist völlig vom nächsten Abschnitt getrennt“, sagte er. „Was mache ich aus Sicherheitsgründen damit, wenn sie in Brand gerät? Ich nutze die in diese Batterie eingebaute passive Wärmemanagementstruktur, um die Ausbreitung des Ereignisses zu begrenzen – und dann werde ich es eindämmen, indem ich die Batterie entferne.“ Produkte des thermischen Ereignisses. Auf der Ober- und Unterseite jedes Moduls befindet sich eine Aluminiumplatte, die praktisch sowohl das Gehäuse als auch den Wärmetauscher darstellt. Diese Aluminiumplatte verfügt aufgrund ihrer Verbindung zur thermischen Energie der Zelle über ausreichend thermische Masse, um die zu ziehen Wärme aus einer brennenden Zelle schnell genug ab, um zu verhindern, dass die Temperatur der benachbarten Zellen bis zum thermischen Durchgehen ansteigt.

Diller sagte, sie hätten das System getestet, indem sie die Batterie auf ihre maximale Betriebstemperatur gebracht und dann das mittlere Zellenpaar und das mittlere Modul mit 150 % überladen hätten, bis es platzte. Dies dauerte 12 Minuten. Als das passierte, betrug die Temperatur der brennenden Zelle etwa 800 °C. Die Temperatur der angrenzenden Zelle betrug jedoch nur 80 °C. Die Temperatur des angrenzenden Moduls oben betrug 60 °C und die Temperatur des angrenzenden Moduls und Der Boden hatte eine Temperatur von 50 °C.

Er erklärte weiter, dass dieses Sicherheitssystem, genannt Single-Cell-Propagation-Control, für Schiffsbatterien nicht erforderlich sei, wohl aber für Spear-Batterien.

Aufladung und Antrieb Die „Maid of the Mist“-Boote starten alle 30 Minuten von einem flussabwärts gelegenen Dock zum Fuß der Niagarafälle und bedienen jedes Jahr beeindruckende 1,6 Millionen Gäste. Während die Fähre angedockt ist und Passagiere ein- und aussteigen, werden die Lithium-Ionen-Batterien der neuen Boote teilweise aufgeladen. Der siebenminütige Ladevorgang sorgt für einen Batterieschub, sodass die beiden elektrischen Antriebsmotoren des Schiffes ihre Gesamtleistung von 400 kW (563 PS) aufrechterhalten können. Jede Fahrt verbraucht etwa 38 kWh. Am Ende des Arbeitstages verfügen die Akkus noch über 80 % Leistung, werden aber jede Nacht bis zu 100 % aufgeladen. Und um einen ironischen Kreislauf zu schließen: Der Strom, der zum Aufladen der 316-kWh-Batteriepakete benötigt wird, stammt aus emissionsfreier Wasserkraft. (Danke, Niagarafälle!)

Die Maid of the Mist ist an der Tagesladestation angeschlossen.

Laut Esteban Guerrero, Elektromeister bei Maid of the Mist Corp., gibt es zwei Ladestationen.

„Wir haben eine Ladestation für den Tag und eine Ladestation für die Nacht. Die Ladestation für die Nacht ist eine Erhaltungsladestation mit etwa 30–40 Volt. Die Ladestation, die wir tagsüber verwenden, hat eine hohe Leistung von 600 Ampere, die das Gerät lädt.“ innerhalb von sieben Minuten“, sagte er.

Guerrero beschrieb auch, dass es im hinteren Teil des Bootes zwei Motoren gibt, die die Triebwerke betätigen (für den Antrieb), und dass es vorne zwei Ventiltriebwerke gibt, die bei der Richtungssteuerung helfen. Das Ergebnis ist ein sehr wendiges Fahrzeug.

Einer der Heckstrahlruder L des Schiffs treibt an.

Die alten Boote verwendeten für den Heckpropeller eine übliche Dieselkonstruktion mit gerader Welle. Kyle Taylor, einer der Kapitäne des Unternehmens, erklärte, dass das Ergebnis weitaus weniger effizient wäre, wenn man diesen Aufbau einfach auf Elektroantrieb umstellen würde, aber das gleiche Grundgetriebe und die gleichen Komponenten verwenden würde. Stattdessen entschied sich das Team für Azimutantriebe, die einen Propeller unter Wasser betreiben. „Für das, was wir hier gemacht haben, hat es einfach absolut Sinn gemacht“, sagte Taylor.

Taylor sagte, dass die Heckstrahlruder L-Antriebe verwenden, die von Veth Propulsion (einem Geschäftsbereich von Twin Disc, Inc.) hergestellt werden, und dass die Maximierung der Lebensdauer und die Minimierung von Ausfallzeiten Hauptanliegen von Maid of the Mist Corp. seien.

„Diese L-Antriebe haben ein extrem niedriges Profil und sind leicht zu warten“, sagte Taylor. „Hier haben wir die Qual des Platzes, also können wir um sie herum kriechen. Das Ziel besteht darin, ein Lager voller Ersatzmotorantriebe und aller anderen Komponenten zu haben, um Ausfallzeiten zu minimieren. Unsere Veth-Antriebe entsprechen etwa 250 PS; es gibt einen.“ Pro Seite ein 200-kW-Elektromotor, den wir mit maximal 80 % Leistung betreiben. Es ist also das Gleiche wie bei den Batterien – wir laden nicht wirklich darüber auf und verwenden keine Komponenten darüber. Wir versuchen einfach, eine lange Lebensdauer zu erreichen "

Noch grüner ABB unterstützt die E-Mobilität auch für Anwendungen außerhalb der maritimen Welt – zum Beispiel mit öffentlichen und privaten Ladelösungen für Elektrofahrzeuge. Bis Anfang 2019 wurden mehr als 10.000 Gleichstrom-Schnellladegeräte von ABB in 73 Ländern verkauft. Mit Blick auf die Zukunft sind Produkte wie das Hochleistungsladegerät Terra HP des Unternehmens darauf ausgelegt, die Batterien mit höherer Kapazität von morgen aufzunehmen.

Darüber hinaus unterstützt ABB Stakeholder auf der ganzen Welt beim Aufbau von Elektrobusdiensten, die die Auswirkungen des Menschen auf die Umwelt reduzieren. Das Unternehmen brachte 2010 sein erstes DC-Schnellladegerät, 2012 die ersten landesweiten DC-Ladenetze und 2016 die ersten eBus-Ladenetze in Europa auf den Markt.

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