Warum Reedereien auf Elektromotoren setzen

Warum Elektromotoren im Schiffsbetrieb wichtiger werden

Elektrizität und Wasser gelten gemeinhin als heikle Kombination. Im maritimen Einsatz zeigt sich jedoch ein anderes Bild: Immer mehr Reedereien nutzen Elektromotoren im Schiffsbetrieb – als Hilfsantrieb, Nebenantrieb oder auch als Hauptantrieb. Der Grund liegt in den technischen und ökologischen Vorteilen: Elektrische Antriebe arbeiten sauberer und deutlich leiser als klassische Verbrennungsmotoren.

Gleichzeitig sind die Anforderungen hoch. Elektromotoren müssen im Schiffsbetrieb Spritzwasser, Salz, Schwingungen und weiteren Umwelteinflüssen widerstehen. Wie aus der vorliegenden Fachinformation von ELIN Motoren hervorgeht, sind hochwertige elektrische Antriebe darauf ausgelegt, Verfügbarkeit und Betriebssicherheit auch unter anspruchsvollen maritimen Bedingungen sicherzustellen.

Bis 2050 soll der Seeverkehr klimaneutral werden – so die Maßgabe der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation IMO. Neben dem CO2-Ausstoß rückt dabei auch die Geräuschentwicklung in den Fokus. Je geringer die Vibrationen eines Antriebs sind, desto leiser arbeitet er und desto achtsamer fällt der Umgang mit der maritimen Umwelt aus.

Welche Rolle Hybridlösungen im Übergang spielen

Klassische Verbrennungsmotoren können diese Anforderungen langfristig nur begrenzt erfüllen. Deshalb gewinnen moderne Technologien wie Elektromotoren an Bedeutung. Kurzfristig stehen laut Textvorlage vor allem Hybridlösungen im Fokus, weil sie einen schrittweisen Übergang in Richtung klimaneutraler Schifffahrt ermöglichen.

Ein zentraler Punkt ist dabei die Integration in bestehende Flotten. Reedereien ersetzen in vielen Fällen nicht komplette Schiffe, sondern modernisieren gezielt den Antrieb. Dadurch entstehen Retrofit- und Plug&Play-Konzepte, bei denen Elektromotoren in vorhandene Strukturen eingebunden werden müssen. Der verfügbare Bauraum, bestehende Aufnahmen und wirtschaftliche Effizienz bestimmen die Auslegung maßgeblich.

ELIN Motoren verweist in diesem Zusammenhang auf die Bedeutung einer frühen technischen Abstimmung. „Wir nehmen uns deshalb initial viel Zeit für unsere Kundinnen und Kunden und gehen vertieft in den technischen Diskurs“, beschreibt Bernd Passath, Sales Manager bei ELIN Motoren und Experte für maritime Antriebstechnik. Das österreichische Unternehmen blickt auf eine 130-jährige Geschichte zurück und ist im maritimen Umfeld als Spezialist für anspruchsvolle Kleinserien und elektrische Antriebe positioniert.

Wie Schutzklassen und Bauraum die Auslegung bestimmen

Bereits in der Angebotsphase müssen zentrale Rahmenbedingungen geklärt werden. Dazu zählen vor allem die Schutzklassen. Sie definieren, wie gut ein Elektromotor gegen das Eindringen von Wasser und salzhaltiger Luft geschützt sein muss. „Schutzklassen bis IP68 sind möglich, wo der Motor zeitweise oder dauerhaft untergetaucht werden darf“, so Passath.

Neben der Schutzklasse spielen die konkreten Bedingungen an Bord eine entscheidende Rolle. Jedes Schiff bringt andere Voraussetzungen mit. Der verfügbare Bauraum kann stark variieren, teilweise sind auch Aufnahmen bereits vorgegeben. Hinzu kommt die Hebellänge: Ein Schiff mit 300 Metern Länge stellt andere Anforderungen an den elektrischen Antrieb als ein Schiff mit 50 Metern Länge.

Auch die Motortechnologie ist individuell zu wählen. Je nach Anforderung kommen Permanentmagnet-, Synchron- oder Asynchronmaschinen in unterschiedlichen Ausführungen und Leistungsklassen infrage. Für den Schiffsbetrieb ist zudem ein variabler Frequenzbetrieb erforderlich. Schleifringtechnologien wären grundsätzlich möglich, kommen auf Schiffen jedoch selten zum Einsatz. Käfigmotoren werden dagegen wegen ihrer Robustheit und Zuverlässigkeit häufiger verwendet.

Zu klären sind außerdem Motorleistung, Drehzahl und Betriebsart. Elektromotoren können im Dauerbetrieb bei kontinuierlich hoher Drehzahl eingesetzt werden, etwa bei Überfahrten auf hoher See. Auch für Halbtaucher in Häfen eignen sich elektrische Antriebe. „Da Halbtaucher hohe Gewichte und Volumen bewegen, brauchen sie kurzfristig sehr, sehr viel Leistung“, weiß Passath.

Welche Anforderungen Schiffsklassen an Elektromotoren stellen

Elektromotoren im Schiffsbetrieb müssen auch Anforderungen aus Schiffsklassen erfüllen. Diese betreffen unter anderem Lagerkonzepte, mechanische Belastungen und sicherheitsrelevante Kriterien. „Hinter den einzelnen Schiffsklassen steht ein großes Versicherungsnetzwerk, da müssen die Schiffe und eben auch die Elektromotoren spezifische Kriterien erfüllen“, erklärt der Experte.

Ein Beispiel sind Wellengang und Schwingungen. Der Wellengang wirkt auf das Schiff, die Schwingungen werden auf das Fundament übertragen. Am Ende muss der Elektromotor diese Kräfte aufnehmen können. Je nach Schiffsklasse muss der Antrieb entsprechend ausgelegt werden. „Das muss alles individuell abgeklärt werden“, betont der Experte.

Neben Schiffsklassen spielen auch Klimaklassen eine Rolle. Abhängig vom Einsatzgebiet kann ein Elektromotor etwa eine Antikondensatheizung benötigen. Zusätzliche Temperatursensoren können helfen, ein Überhitzen frühzeitig zu erkennen. Zwischenfälle auf hoher See sollen dadurch möglichst vermieden werden.

Auch Redundanz ist ein wichtiger Aspekt. Passath nennt den elektrifizierten Voith-Schneider-Propeller als Beispiel: „Den Voith-Schneider-Propeller haben wir erfolgreich elektrifiziert und zwei separate Wicklungen in den Elektromotor integriert. Selbst wenn eine Spulenseite mal ausfallen sollte, kann das System weiterlaufen.“

Wie der Elektromotor ins Gesamtsystem passt

Ein Elektromotor ist im Schiffsbetrieb nicht isoliert zu betrachten. Er muss Teil eines funktionierenden Gesamtsystems sein, das Umrichtertechnik, Bordnetz, Automatisierung und Energiemanagement einbindet. „Wir arbeiten oft mit Systemintegratoren zusammen, die beispielsweise die Umrichtertechnik und das Boardnetzwerk angeboten bekommen und dann dafür den optimalen Motor mit gewissen elektrischen Charakteristika suchen“, erklärt Passath.

Entscheidend ist ein effizienter Gesamtwirkungsgrad. „Nehmen wir einen Frequenzrichter als Beispiel: Der hat einen gewissen Wirkungsgrad und dahinter einen elektrischen Motor mit einem weiteren Wirkungsgrad geschaltet. Das Boardnetzwerk mit seinen vielen Leitungen hat wieder einen Wirkungsgrad. Aber Wirkungsgrad mal Wirkungsgrad mal Wirkungsgrad – das wird am Ende nicht besser“, führt Passath aus.

Deshalb muss der Elektromotor möglichst präzise auf das Gesamtsystem abgestimmt werden. Ziel ist es, die Energieeffizienz zu erhöhen und den Antrieb harmonisch in das bestehende Bordnetz einzubinden. Gerade bei Revitalisierungsprojekten wird dieses Bordnetz laut Experte „ungerne angefasst“. Auf Schiffen sind hunderte Kilometer Kabel verlegt, weshalb eine Erneuerung mit hohem Aufwand verbunden wäre.

Wie Monitoring die Entwicklung elektrischer Antriebe unterstützen kann

Elektrische Antriebe sollen auch in vorhandene Schiffsautomations- und Energiemanagementsysteme integriert werden. Bei vielen Neubauten sind solche Systeme bereits üblich. Sie übernehmen eine wichtige Funktion, denn moderne Schiffe werden nicht mehr von großen Crews, sondern teilweise nur noch von zwei bis drei Personen navigiert und per Satellit getrackt. „Dadurch können die Betriebszustände kontinuierlich überwacht werden“, weiß der Experte. Künftig sollen diese Daten stärker in die Entwicklung von Elektromotoren einfließen. „Bislang war es schwierig, diese Daten aus den Reedereien zu bekommen“, so Passath.

Durch modernes Monitoring und die daraus gewonnenen Felddaten lassen sich Belastungen eines Schiffes besser erfassen. Die elektrische Maschine kann dadurch gezielter an die realen Anforderungen angepasst und optimal ausgelegt werden. Elektrische Antriebe werden damit zu einem zentralen Baustein für die Modernisierung der Schifffahrt. Sie können leiser, sauberer und effizienter arbeiten als klassische Verbrennungsmotoren. Voraussetzung ist jedoch eine individuelle Auslegung, die Schiff, Einsatzgebiet, Schutzklasse, Redundanz und Gesamtsystem berücksichtigt.