en

Anfang des Jahres hat die Rendsburger Nobiskrug Werft mit der „Sailing Yacht A“ eine der außergewöhnlichsten Superyachten abgeliefert. Das Schiff zeichnet sich jedoch nicht nur durch sein futuristisches Design, sondern auch durch einen innovativen, auf Diesel- und Elektromotoren basierenden Hybridantrieb aus.

Schon lange konnte man einen der interessantesten Schiffsneubauten einer deutschen Werft nicht mehr verstecken. Die eigenartige Form der unter dem Projektnamen „White Pearl“ bekannt gewordenen Segelyacht, die de facto eine Motoryacht mit Hilfssegeln ist, und die freistehenden Masten, ohne Stage und Wanten, waren an der Kieler Förde schließlich nicht mehr zu übersehen. Nun sind Einzelheiten zum Bau der Yacht und ihrer Ausrüstung sowie die Namen bedeutender Zulieferer bekannt geworden.

Welchen außergewöhnlichen Standard die Yacht erhielt, wird deutlich, wenn man nur einige Details der Ausstattung betrachtet. Die acht Decks sind mit mehreren Fahrstühlen und über Wendeltreppen miteinander verbunden. Die „Garage“ des Schiffes bietet Platz für gleich vier Beiboote und ein U-Boot. Die Größe der Küche würde für einen Hotelbetrieb ausreichen. Und in den Kiel ist ein Aussichtsraum eingebaut, um die Unterwasserwelt beobachten zu können. Die von Nobiskrug (German Naval Yards Kiel) auf dem Werftgelände der früheren Howaldtswerke-Deutsche Werft (HDW) in Kiel in den letzten Jahren gebaute Megayacht „Sailing Yacht A“ setzt nicht nur hinsichtlich der Antriebstechnik großer komfortabler Yachten neue Maßstäbe. Das Konzept für die Stromversorgung an Bord und den Antrieb hat weit über den Bau von Yachten hinausragende Bedeutung.

Die Entscheidung für einen Hybridantrieb mit Diesel- und Elektromotoren ist dabei von weit geringerer Bedeutung als die erste Umsetzung des dem Hamburger Unternehmen E-MS patentrechtlich geschützten Prinzips, Bordaggregate nicht mehr zu synchronisieren. Sie bleiben elektrisch voneinander getrennt und können daher mit variabler Drehzahl betrieben werden. Die Dieselmotoren laufen dann immer im Betriebspunkt mit dem besten Kraftstoffverbrauch.

Der Antrieb

Die knapp 150 m lange Yacht ist die größte ihrer Art weltweit und gehört dem russischen Industriellen Andrey Melnichenko. Von Lloyd‘s Register klassifiziert als sail-assisted motor yacht würde man sie landläufig als Motorsegler bezeichnen, aber, wie es in einer amerikanischen Veröffentlichung heißt, mit dem Standard einer „boundary pushing superyacht“. Die Drei-Mast-Yacht hat als Hauptantrieb eine hybride Zweiwellenanlage und läuft maximal 21 kn. Die Reisegeschwindigkeit wird mit 16 kn angegeben. Damit war eine Bedingung untrennbar verbunden: „Leise reisen“. Diese Forderung ließ sich selbst bei einer Länge über alles von fast 150 m nicht leicht erfüllen. So galt es, energietechnisch eine raum- und gewichtsparende Lösung zu finden, zumal für den Bordbetrieb der Yacht eine außergewöhnlich hohe elektrische Leistung bereitzustellen war.

Das für die Stromerzeugung und für die Hauptantriebsanlage gewählte Konzept entspricht voll diesen Anforderungen. Zwei Hybridantriebe sind jeweils mit einem Diesel- und einem Elektromotor ausgerüstet. Bei den Dieselmotoren handelt es sich um schnelllaufende 20 Zylinder-Motoren der Baureihe MTU 4000 M73L von Rolls-Royce Power Systems. Jeder von ihnen kann eine maximale Leistung von 3600 kW bei einer Drehzahl von 2050 1/min abgeben. Für die Stromerzeugung an Bord sind vier Aggregate vorhanden, die von 16 Zylinder-Motoren der Baureihe 4000 angetrieben werden. Als maximale Leistung der Generatoren werden 2800 kW bei einer Drehzahl von 2050 1/min genannt. Aufgrund der Nutzung des vollen Drehzahlbereichs der Dieselmotoren – statt einer Synchrondrehzahl – konnte ein Aggregat eingespart werden. Die damit verbundenen Vorteile liegen auf der Hand: weniger Investitionen, niedrigere Betriebskosten, unter anderem wegen eines entsprechend geringeren Wartungsaufwandes, geringerer Platzbedarf und weniger Einbaugewicht. In Abhängigkeit des jeweils aktuellen Energiebedarfs werden die Aggregate im Drehzahlbereich zwischen 1050 und 2050 1/min lastabhängig im besten Betriebspunkt gefahren. Das spart Kraftstoff und schont die Umwelt. Darüber hinaus geht man bei Rolls-Royce davon aus, dass mit diesem Betrieb sich die Wartungsintervalle deutlich verlängern lassen. Statt üblicherweise 15 000 werden 30 000 Betriebsstunden erwartet. 

Hierzu ein Rechenbeispiel mit den 16 Zylinder-Motoren der Baureihe 4000: Bei der maximalen Drehzahl von 2050 1/min liefern die Motoren mit dem Zusatz M73L in der Typbezeichnung 2880 kW. Bei der Synchrondrehzahl für ein 60 Hz-Netz von 1800 1/min hat die Motorbezeichnung den Zusatz M33S und die Motoren liefern nur noch 2080 kW. Aus der Differenz von 4 x 800 kW wird deutlich, weshalb beim Betrieb mit variabler Drehzahl, ausgehend von der Technik von E-MS, mindestens ein Aggregat eingespart werden konnte. Wird unter Dieselmotoren gefahren und deren volle Leistung nicht für den Antrieb benötigt, so können die E-Motoren auf Generatorbetrieb umgeschaltet werden und die überschüssige Leistung für den Bordbetrieb genutzt werden. Welche Kombination der vier Bordaggregate und der zwei Wellengeneratoren zum Einsatz kommt, entscheidet ein von Rolls-Royce entwickelter übergeordneter System-Regler (Superimposed System Controller – SSC). Da in dessen Rechner das Kennfeld der Motoren hinterlegt ist, kann er für jeden einzelnen Generator die effizienteste Drehzahl festlegen. Hier erfolgt kein Eingriff von Hand.

Aggregatbetrieb mit variabler Drehzahl

Den Aggregatbetrieb mit variabler Drehzahl hat die Entwicklung der Halbleitertechnik der letzten zehn Jahre ermöglicht. Mit den heute zur Verfügung stehenden Stromrichtern lässt sich einerseits die elektrische Energie der Generatoren mit beliebiger Spannung und Frequenz auf einen Gleichspannungszwischenkreis übertragen, wie andererseits von diesem Bus mit der erforderlichen Spannung und Frequenz auf die einzelnen Verbraucher, einschließlich des Hauptantriebs. Kennzeichen dieser Technik ist eine hochgradige Flexibilität, verbunden mit einer hohen Betriebssicherheit. Im Vergleich zu einer konventionellen dieselelektrischen Anlage ist der Betrieb äußerst wirtschaftlich und umweltschonend. Die Stromrichter für die „Sailing Yacht A“ hat das finnische Unternehmen Vacon – heute zu Danfoss gehörend – geliefert und das dänische Unternehmen Deif die notwendigen elektrotechnischen Anlagen dazu. Deif ist Spezialist für Leistungsmanagementsysteme (dezentrale Motor- und Aggregate-Steuerungen), Automationssysteme und Schaltanlagen – besonders im maritimen Bereich – und kann hier durchaus mit größten Unternehmen konkurrieren. In der Selbstdarstellung des Unternehmens heißt es dazu: „Aus der Notwendigkeit den Maschinenraum und die Schalttafeln zu optimieren, wurde Deifs PPM-3 Protection und Power Management System für kleinste Schalttafeln entwickelt …“.

Zwar benötigt auch die hier beschriebene Technik der Stromerzeugung und Stromverteilung entsprechende Schaltanlagen, jedoch sind diese im Vergleich zu konventionellen dieselelektrischen Anlagen wesentlich kleiner und leichter. Selbstverständlich trägt dazu in erheblichem Maße die Art der Kühlung bei. Wurden derartige Schaltanlagen bislang überwiegend luftgekühlt, so arbeitet die hier benötigte Leistungselektronik nur noch mit Wasserkühlung. Für Fahrgastschiffe und Yachten kommt ein weiterer Vorteil hinzu: Statt ein Aggregat mit hoher Drehzahl laufen zu lassen, erhöht der Betrieb von zwei Aggregaten mit derselben Leistung, aber niedrigerer Drehzahl, erheblich den Komfort an Bord, weil Schallemission und Vibration entsprechend niedriger sind.

Wie Dirk Kloosterman, vom Eigner als Projektleiter eingesetzt, ausführte, ist er überzeugt, dass die von E-MS entwickelte Technik „die Zukunft des Yachtantriebes“ ist. Das elektrische Power Pack „E-PP“ ist jedoch keine Entwicklung nur für Yachten und Binnenschiffe, wie gelegentlich zu lesen ist. Zwar ist der Erfolg des Systems bei Binnenschiffen ungebrochen, doch lassen sich alle seine Vorteile bei allen diesel- oder otto-elektrischen Anlagen nutzen und wie die „Sailing Yacht A“ zeigt, auch bei hohen Leistungen. Wie von Peter Andersen, dem geschäftsführenden Gesellschafter von E-MS zu hören war, geht er davon aus, dass mit der gegenwärtig verfügbaren Halbleitertechnik elektrische Antriebsleistungen bis 20 MW ausgeführt werden können. 

Autor: Hans-Jürgen Reuß, freier Fachjournalist