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ELEKTRA

Koordiniert durch:

Gefördert durch:

Brennstoffzelle und Akkumulator - Technische und infrastrukturelle Herausforderungen beim

Güterverkehr mit dem Binnenschiff -

Salzgitter, den 07.06.2017Prof. Dr.-Ing. Gerd Holbach

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Übersicht

07.06.2017 2

1. Informationen Fahrtgebiet und Betriebsform

2. Technische Daten zum Schubboot

3. Das Energiekonzept

4. Zeitplan für die Realisierung

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Realisierung eines

emissionsfreien bzw. -armen hybrid-elektrisch angetriebenen Schubbootes

für den Einsatz in der Region Berlin-Brandenburg und im überregionalen Einsatz(z. B. auf der Relation Berlin - Hamburg)

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Verbringen von Siemens-Turbinen und anderer Schwergüter von denRampenstandorten zum Westhafen / Küstenhäfen mit dem Schwergutleichter „URSUS“

Verbringen von Schrott, Kohle, Kies und Stückgütern zwischen denHäfen der Stadt mit Schubleichtern

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Regionaler Betrieb Überregionaler Betrieb

• Max. Schublast von 1.400 t• Min. Reichweite von 65 km• Fahrtgebiet: Zone 4• Betriebsdauer von 8 h• Dienstgeschw. 8 km/h, max. 10 km/h• Antrieb: vorrangig Akku-elektrisch

• Berlin <-> Hamburg, Berlin <-> Stettin• Max. Schublast von 1.400 t• Min. Reichweite von 130 km• Fahrtgebiet: Zone 3+4 (ohne Rhein)• Betriebsdauer von 16 h• Dienstgeschw. 8,5 km/h, max. 10 km/h• Antrieb: hybrid-elektrisch

mögliche Bunker- und Ladestationen

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2. Technische Daten zum Schubschiff

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Hauptabmessungen Länge 19,00 m Breite 8,20 m Tiefgang 1,25 m Verdrängung 130 t

Betrieb Batterie-elektrisch 8 h und 65 km Hybrid-elektrisch 16 h und 130 km

Antriebsstrang Schub 2 x 19 kN Leistung 2 x 200 kW

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CWLCWL

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H-SP

H-SP

2. Technische Daten zum Schubschiff - Generalplan

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2. Technische Daten zum Schubschiff - Funktionsmodell

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3. Das Energiekonzept – Quellen- Senkenlayout

400 V DC400 V DC400 V DC

Notfall-Akku

Bordnetz-Akku

24 VVerbraucher

Propulsi-ons-Akku BZ & Tank

230 VVerbraucher

E-Motor

Propulsi-ons-Akku

E-Motor

PV-Anlage

=

==

~

=

~

Sammelschiene690V DC

Sammelschiene230/400 V AC

=

~

=

~

Sammelschiene24 V DC

Energiemenge:1,25 MWh

Leistung: 192 kW,H2-Menge: 736 kg

Energiemenge:230 kWh

FrequenzgesteuerterAsynchronmotor,

Spannung: 400 V AC,Leistung: 200 kW

Laden: Niederspannung

Leistung: 1,5 kWEnergiemenge:20 kWh

Leistung: 2,5 kWEnergiemenge:1,25 MWh

FrequenzgesteuerterAsynchronmotor,

Spannung: 400 V AC,Leistung: 200 kW

Propulsionsebene Bordnetzebene

=

=

BZ: BrennstoffzellePV: Photovoltaik

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Fahrassistent

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3. Das Energiekonzept - Energiemanagement

400 V DC400 V DC400 V DC

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Verbraucher-management

Energiemanagement

Erzeuger-management

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3. Das Energiekonzept - Fahrassistent

400 V DC400 V DC400 V DC

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Entwicklung Rechnergestützte Methodikentwicklung und

prototypenhafte Umsetzung

Methodik der Wechselwirkung zwischen Akkumulator und Brennstoffzelle

Visualisierungskonzept einer interaktiven Karte

Motivation: Simulation situationsbedingter

Leistungsverbräuche unter Beachtung umweltbedingter Einflüsse sowie der elektrochemischen Eigenschaften des Energiesystems

Reichweitenprognose

Verbesserung Ökonomie

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3. Das Energiekonzept - Fahrassistent

400 V DC400 V DC400 V DC

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Streckennetz (Berlin, Route nach Hamburg und Stettin)

Simulation auf Zeit basierender Systemzustandsdaten(aktuelle Wegstrecke)

Integration webbasierender externerInformationen(Wetter, Pegelstände,…)

Umsetzung als eigenständiges System zur Verwendung auf einen mobilen Endgerät

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3. Das Energiekonzept - experimentelle Validierung

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Modellversuche zur Ergebnisvalidierung

o Ermittlung von Widerständen

o Definition benötigter Antriebsleistung durch CFD-Rechnungen und Messungen an existierenden Schubbooten

CFD-Simulation des gekoppelten Verbandes

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Schubboot

Schubleichter

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3. Das Energiekonzept - experimentelle Validierung

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Modellversuche zur Ergebnisvalidierung

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3. Das Energiekonzept - Akkumulator

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Lithium-Eisen-Phosphat-Akku (LiFePO4)

Propulsions-Akku (EoL)

Energiemenge 2 x 1.250 kWh Spannung 570 V DC - 750 V DC

Bordnetz-Akku (EoL)

Energiemenge 230 kWh Spannung 230 V AC und 24 V DC

EoL: End of Life

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3. Das Energiekonzept - Akkumulator

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Elektrische Versorgung landseitig

PowerLock Spannung 400 V AC Stromstärke bis zu 400 A Leistung bis zu 277 kVA

CEE-Kabel Spannung 400 V AC Stromstärke bis zu 63 A Leistung bis zu 44 kVA

Laden (7 h) „Power Lock“ 2 x 240 kVA „CEE-Kabel“ 11 x 44 kVA

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3. Das Energiekonzept - Brennstoffzelle

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Brennstoffzellen-System ca. 200 kW für Grundlast ~ stationäres Verhalten kleines Betriebsfenster 16 h Dauerbetrieb

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Niedrigtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (NT-PEM-BZ) Betrieb bei 60–80°C Brennstoff: gasförmiger Wasserstoff Abgas nur Wasserdampf Tank: Drucktankmodule, GH2 500 bar

(Wechselbehälter)

Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle incl. Reformer (HT-PEM-BZ) Betrieb bei 120–160°C Brennstoff: Flüssiges Methanol Abgas Wasserdampf + CO2 (reduziert gegenüber Dieselmotor)

Tank in der Rumpfstruktur integriertAnordnung Brennstoffzellen und Wasserstoff-Drucktankmodule an Deck

KonzeptWasserstoff

Alternative:Konzept Methanol

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3. Das Energiekonzept - Brennstoffzelle

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Tank (Wechseltanks)H2-Bedarf Berlin -> Hamburg 736 kg (= 6 „Elektra-Tanks“)H2-Bedarf für Berlin <-> Hamburg 1.472 kg (= 12 „Elektra-Tanks“) Drucktankmodule, GH2 500 bar

Methanol-Bedarf Berlin->Hamburg-> Berlin 16 t(Tank im Rumpf)

Ansätze H2-Versorgung- ortsfeste Tankstelle- mobile Tankstelle- Wechseltanks

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Einfahrt der Elektra mit Schwergutleichter „Ursus“ in den Berliner Westhafen

Berliner Hafen- und Lagerhausgesellschaft mbHDipl.-Ing. Klaus-G. LichtfußLeiter LogistikWesthafenstraße 113353 BerlinTel: +49 30 39095 230 / Fax +49 30 39095 176Mobil: +49 163 575 66 14E-Mail: [email protected]

Technische Universität BerlinProf. Dr.-Ing. Gerd HolbachFachgebiet Entwurf und Betrieb Maritimer SystemeSekr. SG 6Salzufer 17-1910587 BerlinTel.: +49 30 314 214 17 / Fax: +49 30 314 789 69E-Mail: [email protected]://www.marsys.tu-berlin.de

2007.06.2017

brennstoffzelle und akkumulator - technische und ... · elektra koordiniert durch: gefördert...

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