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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung eines elektrischen
Schiffs-Bordnetzes mit Fremdenergie gemäß Patentanspruch 1 und ein Schiff
mit einer Fremdenergieversorgung gemäß Patentanspruch 10. Ein Verfahren
zur Nachrüstung
einer derartigen Fremdenergieversorgung ist Gegenstand des Patentanspruchs
16.
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Aus
der
WO 2004/028899
A1 ist ein elektrisches Schiffs-Bordnetz bekannt, über das
elektrische Schiffsantriebsmotoren und andere Verbraucher von Dieselgeneratoren
an Bord des Schiffes mit elektrischer Energie versorgt werden. Bei
einer derartigen Eigenversorgung des Schiffes befinden sich die
Dieselgeneratoren und somit die Energiequellen für den Betrieb der Schiffsantriebsmotoren
und der anderen Verbraucher an Bord des Schiffes. Das Schiff weist noch
einen zusätzlichen
Dieselgenerator für
den Hafenbetrieb auf, der mit dem Bordnetz verbunden werden kann.
Alternativ kann das Bordnetz über
einen Landanschluss gespeist werden. Bei einer derartigen Fremdenergieversorgung
des Bordnetzes befindet sich die Energiequelle, die den über den
Landanschluss in das Bordnetz eingespeisten Strom erzeugt, außerhalb
des Schiffes. Der Landanschluss muss dabei einen Strom mit der Spannung
und der Frequenz des Bordnetzes liefern. Derartige Landanschlüsse müssen somit
speziell auf die Bedürfnisse (Frequenz
und Spannung) des versorgten Schiffes ausgerichtet sein und stehen
daher in vielen Häfen nicht
zur Verfügung.
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Bei
einer Nachrüstung
eines derartigen Landanschlusses in einem Schiff durch eine direkte Anbindung
an das Bordnetz besteht weiterhin das Problem, dass hierzu in dem
Schiff eine Schalt- und Überwachungseinrichtung
für den
Landanschluss nachgerüstet
werden muss. Dies erfordert üblicherweise
auch Eingriffe in die bestehenden Schalt- und Überwachungseinrichtungen und
ist somit aufwendig und oftmals aus Platzgründen auch nicht möglich.
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Aus
der
WO 2007/060244
A2 und der
WO 2007/060189
A1 ist es bereits bekannt, einen am Bord des Schiffes befindlichen
Stromrichter für
den Landanschluss zu nutzen, um mit diesem den von dem Landanschluss
gelieferten Strom mit von dem Bordnetz unterschiedlicher Frequenz
und Spannung in einen Strom mit der Frequenz und Spannung des Bordnetzes
umzuwandeln. Manchmal ist jedoch an Bord des Schiffes kein hierzu
geeigneter Stromrichter vorhanden sein.
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Darüber hinaus
offenbart die
DE
10 2006 061 374 A1 die Nutzung eines Blindleistungsgenerators
als Generator eines Abwärmenutzungssystems zur
Eigenenergieversorgung eines Schiffes. Aus der
DE 1 123 043 A ist es zudem
bekannt, zwecks Fremdenergieversorgung von Schiffen über ein
Schwimmdock mit einem Landanschluss einen Dieselgenerator und/oder
eine Wechselstrommaschine und/oder eine Gleichstrommaschine zwecks
Speisung mit Wechselstrom oder Gleichstrom zu koppeln.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Fremdenergieversorgung
eines Schiffs-Bordnetzes anzugeben, mit dem vorgenannte Probleme
vermieden werden können.
Insbesondere soll das Verfahren durchführbar sein, ohne dass größere Änderungen
bei den bestehenden Schalt- und Überwachungseinrichtungen
an Bord des Schiffes notwendig sind. Es ist weiterhin Aufgabe der
Erfindung, ein Schiff anzugeben, mit dem eine derartige Fremdenergieversorgung
des Bordnetzes möglich
ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, durch das mit
relativ geringem Aufwand eine Fremdenergieversorgung in einem Schiff
nachgerüstet
werden kann.
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Die
auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1. Die auf das Schiff gerichtete Aufgabe wird gelöst durch
ein Schiff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Ein Verfahren
zur Nachrüstung
einer Fremdenergieversorgung ist Gegenstand des Patentanspruchs
16. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Versorgung eines elektrischen Schiffs-Bordnetzes mit Fremdenergie,
wobei das Schiff eine elektrische Maschine aufweist, die bei einer
Eigenenergieversorgung des Schiffes von zumindest einer Energiequelle an
Bord des Schiffes angetrieben wird, wird für eine Fremdenergieversorgung
des Schiffs-Bordnetzes die elektrische Maschine als ein Generator
betrieben und hierbei mit Strom von zumindest einer Energiequelle
außerhalb
des Schiffes derart angetrieben, dass sie einen Strom mit der Frequenz
und Spannung des Bordnetzes zur Einspeisung in das Bordnetz erzeugt.
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Es
wird somit für
die Fremdenergieversorgung eine an Bord des Schiffes bereits vorhandene und
bei einer Eigenenergieversorgung des Schiffes für einen ganz anderen Zweck
benutzte elektrische Maschine genutzt. Die elektrische Maschine
wird indirekt mit Strom von zumindest einer Energiequelle außerhalb
des Schiffes angetrieben und dient dabei zur Umwandlung der Spannung
und Frequenz des von dieser Energiequelle gelieferten Stromes in
einen Strom mit der Frequenz und Spannung des Bordnetzes. Hierdurch
können
die schon bestehenden Schalt- und Überwachungseinrichtungen der elektrischen
Maschine an Bord des Schiffes für
die Fremdenergieversorgung genutzt werden, so dass hierfür keine
größeren Änderungen
oder Nachrüstungen
im Schiff notwendig sind. Außerdem
wird durch die elektrische Maschine eine galvanische Trennung zwischen
dem Bordnetz und der außerhalb
des Schiffes angeordneten Energiequelle erreicht. Hierdurch werden Überspannungsereignisse
oder andere für
das Bordnetz schädliche
Einflüsse
in der außerhalb
des Schiffes angeordneten Energiequelle oder in der elektrischen
Verbindung zwischen dem Bordnetz und der außerhalb des Schiffes angeordneten
Energiequelle nicht in das Bordnetz übertragen und umgekehrt.
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Bei
der elektrischen Maschine kann es sich grundsätzlich um jede hinsichtlich
ihrer Leistung geeignet dimensionierte elektrische Maschine (d.
h. Motor oder Generator) an Bord des Schiffes handeln. Die elektrische
Maschine kann bei der Eigenenergieversorgung dabei von der zumindest
einen Energiequelle an Bord des Schiffes elektrisch oder auch mechanisch
angetrieben werden. Bei einem elektrischen Antrieb kann die Stromversorgung
von der Energiequelle direkt oder über das Bordnetz erfolgen.
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Bei
der sich an Bord des Schiffes befindlichen Energiequelle kann es
sich um jede Art von Energiequelle handeln, die aus einem primären Energieträger (z.
B. einem natürlichen
oder künstlichen Brennstoff,
Sonnenenergie, Wind) oder einem sekundären Energieträger (z.
B. Abwärme
einer Maschine) mechanische oder elektrische Energie erzeugt. Beispiele
hierfür
sind Dieselmotoren, Gasturbinen oder auch Dampfturbinen (letztere
beispielsweise in Verbindung mit Abwärmenutzungssystemen), ggf.
einschließlich
eines davon angetriebenen Generators zur Stromerzeugung.
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Bevorzugt
wird eine elektrische Maschine an Bord des Schiffes genutzt, die
bei der Eigenenergieversorgung des Schiffes als ein Generator, insbesondere
als ein Generator eines Abwärmenutzungssystems
oder als ein Blindleistungsgenerator, verwendet wird, da diese Maschinen
bereits eine für
den Leistungsbedarf bei einer Fremdenergieversorgung benötigte Dimensionierung
aufweisen und zudem bei einer Fremdenergieversorgung nicht betrieben
werden müssen.
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Alternativ
wird bevorzugt eine elektrische Maschine genutzt, die bei der Eigenenergieversorgung
des Schiffes als ein Motor zum Antrieb einer Einrichtung an Bord
des Schiffes, insbesondere zum Antrieb eines Querstrahlruders oder
einer Pumpe, verwendet wird.
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Bei
der sich außerhalb
des Schiffes befindlichen Energiequelle kann es sich um jede Art
von Energiequelle handeln, die aus einem primären Energieträger (z.
B. einem natürlichen
oder künstlichen Brennstoff)
oder einem sekundären
Energieträger elektrische
Energie erzeugt, wie beispielsweise um ein an Land befindliches
Elektrizitätskraftwerk,
ein schwimmendes Kraftwerk, eine schwimmfähige Hafenstromversorgung oder
um eine Offshore-Plattform, wobei die beiden letzteren zur Stromerzeugung beispielsweise
einen Generator und eine diesen antreibende Verbrennungskraftmaschine
(z. B. eine Gasturbine oder ein Dieselmotor) aufweisen.
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Die
elektrische Maschine kann für
ihren Antrieb mit dem Strom von der außerbordigen Energiequelle und
für die
Stromerzeugung für
das Bordnetz jeweils ein eigenes Wicklungssystem aufweisen. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der Fremdenergieversorgung
des Schiffs-Bordnetzes die elektrische Maschine jedoch von einem
(separaten) elektrischen Motor angetrieben, der mit Strom von der
außerhalb
des Schiffes angeordneten Energiequelle betrieben wird, wobei der
elektrische Motor die elektrische Maschine derart antreibt, dass
diese den Strom mit der Frequenz und Spannung des Bordnetzes erzeugt.
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Wenn
der elektrische Motor bei der Eigenenergieversorgung des Schiffes
von der elektrischen Maschine abgekuppelt und nur bei der Fremdenergieversorgung
mit der elektrischen Maschine gekuppelt ist, muss der elektrische
Motor bei der Eigenversorgung des Schiffes nicht mitgedreht werden,
wodurch Energieverluste vermieden werden.
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Bevorzugt
treibt der elektrische Motor bei der Fremdenergieversorgung des
Schiffs-Bordnetzes die elektrische Maschine über ein Kraftübertragungselement
an, das eine Drehbewegung des elektrischen Motors in eine für die Erzeugung
des Stromes mit der Frequenz und Spannung des Bordnetzes benötigte Drehbewegung
der elektrischen Maschine umwandelt. Hierdurch kann für den elektrischen
Motor ein kostengünstiger
Standardmotor, z. B. ein Asynchronmotor, zum Einsatz kommen. Die
Anpassung der Drehzahl des elektrischen Motors an die für die Erzeugung
des Stromes mit der Frequenz und Spannung des Bordnetzes benötigte Drehzahl
der elektrischen Maschine kann dabei durch das Kraftübertragungselement
erfolgen.
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Bei
dem Kraftübertragungselement
handelt es sich bevorzugt um ein Zahnradgetriebe. In sehr kostengünstigen
alternativen Ausgestaltungen können
für das
Kraftübertragungselement
auch ein Kettengetriebe oder ein Riemengetriebe verwendet werden.
Falls bei dem Kraftübertragungselement
das Drehzahlübertragungsverhältnis veränderbar
ist, kann der elektrische Motor auch bei einem Betrieb mit Strömen unterschiedlicher
Spannung und Frequenz von unterschiedlichen Energiequellen flexibel an
die auf Seite der elektrischen Maschine für die Erzeugung des Stromes
mit der Spannung und Frequenz des Bordnetzes benötigte Drehzahl angepasst werden.
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Um
Spannungseinbrüche
im Bordnetz bis hin zu einem Blackout des Schiffes bei einem Übergang
von einer Eigenenergieversorgung zu einer Fremdenergieversorgung
zu vermeiden, wird bevorzugt vor einem Übergang von der Eigenenergieversorgung
zu der Fremdenergieversorgung die Phasenlage der Bordnetzspannung
auf die Phasenlage der von der elektrischen Maschine erzeugten Spannung
synchronisiert. Dies kann durch dem Fachmann geläufige Steuer- oder Regeleingriffe
bei den bei der Eigenenergieversorgung des Schiffes laufenden Stromerzeugern
für das
Bordnetz erfolgen (z. B. durch eine Anpassung von Drehzahl und Drehmoment
von Dieselmotoren, die die Bordnetzgeneratoren antreiben).
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Derartige
Steuer- oder Regeleingriffe können
vermieden werden, wenn umgekehrt vor dem Übergang von der Eigenenergieversorgung
zu der Fremdenergieversorgung die Phasenlage der von der elektrischen
Maschine erzeugten Spannung auf die Phasenlage der Bordnetzspannung
synchronisiert wird. Wenn die elektrische Maschine durch einen Asynchronmotor
angetrieben wird, der mit einem Schlupf die elektrische Maschine
antriebt, kann dies besonders einfach dadurch ermöglicht werden,
dass für
die Zuschaltung genau ein solcher wiederkehrender Zeitpunkt abgewartet
wird, bei dem die Phasenlage der von der elektrischen Maschine erzeugten Spannung
synchron mit der Phasenlage der Bordnetzspannung ist. In anderen
Fällen,
z. B. im Fall eines Antriebes der elektrischen Maschine durch eine Synchronmaschine,
kann eine Synchronisierung durch eine Steuerung oder Regelung der
Phasenlage des dem elektrischen Motors zugeführten Stromes, z. B. mittels
eines dem elektrischen Motor vorgeschalteten Stromrichters, erfolgen.
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Für den Fall,
dass für
die Fremdenergieversorgung die elektrische Maschine von einem elektrischen
Motor angetrieben wird, ist eine Synchronisierung auch dadurch möglich, dass
die Drehzahl der elektrischen Maschine und die Drehzahl des elektrischen
Motors mechanisch miteinander synchronisiert werden. Dies kann beispielsweise
dadurch erfolgen, dass in einem ersten Schritt, bei dem die elektrische
Maschine und der elektrische Motor voneinander mechanisch entkuppelt
sind, die elektrische Maschine, angetrieben mit Strom aus dem Bordnetz, und
der elektrische Motor, angetrieben mit Strom von der außerhalb
des Schiffes angeordneten Energiequelle, unabhängig voneinander gestartet
bzw. betrieben werden. Die elektrische Maschine wird dann bereits
mit der Frequenz und Phasenlage des Bordnetzes betrieben. Anschließend werden
in einem zweiten Schritt die elektrische Maschine und der elektrische
Motor hinsichtlich ihrer Drehzahl mechanisch miteinander synchronisiert.
Dies kann durch eine mechanische Kopplung der elektrische Maschine
und des elektrische Motors durch Schließen einer zwischen der elektrischen
Maschine und dem elektrischen Motor angeordneten Schaltkupplung
erfolgen, die hierzu vorzugsweise als eine Reibschlusskupplung ausgebildet
ist. Die Phasenlage der Spannung und des Stromes, mit dem der elektrische
Motor betrieben wird, ist dann ohne Bedeutung.
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Dieses
Verfahren eignet sich sowohl zur Drehzahlsynchronisation von Synchron-
als auch von Asynchronmaschinen. Auch können Synchronmaschinen problemlos
mit Asynchronmaschinen synchronisiert werden. Bei einer Nachrüstung einer Fremdenergieversorgung
sind durch dieses Verfahren keine Eingriffe in bestehende Synchronisierungsabläufe erforderlich.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Schiff
mit einem Schiffs-Bordnetz,
einer elektrischen Maschine und zumindest einer Energiequelle an
Bord des Schiffes zum Antrieb der elektrischen Maschine bei einer
Eigenenergieversorgung des Schiffes, ist für eine Fremdenergieversorgung
des Schiffs-Bordnetzes die elektrische Maschine als ein Generator
betreibbar und dabei derart mit Strom von zumindest einer Energiequelle
außerhalb
des Schiffes antreibbar ausgebildet, dass sie einen Strom mit der
Frequenz und Spannung des Bordnetzes zur Einspeisung in das Bordnetz
erzeugt.
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Die
elektrische Maschine ist dabei bevorzugt als ein Generator, insbesondere
als ein Generator eines Abwärmenutzungssystems
oder als ein Blindleistungsgenerator, ausgebildet, der bei der Eigenenergieversorgung
des Schiffes zur Stromerzeugung dient.
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Alternativ
kann die elektrische Maschine als ein Motor ausgebildet sein, der
bei einer Eigenenergieversorgung des Schiffes eine Einrichtung an
Bord des Schiffes, insbesondere ein Querstrahlruder oder eine Pumpe,
antreibt.
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Von
Vorteil umfasst das Schiff einen elektrischen Motor zum Antrieb
der elektrischen Maschine bei der Fremdenergieversorgung des Schiffs-Bordnetzes,
wobei der elektrische Motor über
eine elektrische Verbindung mit der außerhalb des Schiffes angeordneten
Energiequelle verbindbar und mit dem Strom von dieser Energiequelle
betreibbar ausgebildet ist, wobei der elektrische Motor derart ausgebildet und
mit der elektrischen Maschine koppelbar oder gekoppelt ist, dass
bei seinem Betrieb mit diesem Strom die von ihm angetriebene elektrische
Maschine einen Strom mit der Frequenz und Spannung des Bordnetzes
erzeugt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Kupplung, insbesondere
in einer Ausbildung als eine Reibschlusskupplung, zum betriebsmäßigen Kuppeln
bzw. Abkuppeln des elektrischen Motors mit bzw. von der elektrischen
Maschine vorhanden. Mit einer als eine Reibschlusskupplung ausgebildeten Kupplung
kann – wie
bereits vorstehend erläutert – besonders
vorteilhaft eine mechanische Synchronisierung der Drehzahlen der
elektrischen Maschine und des elektrischen Motors erfolgen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Schiff ein Kraftübertragungselement,
insbesondere ein Getriebe, zur Umwandlung einer Drehbewegung des
elektrischen Motors in eine für
die Erzeugung des Stromes mit der Frequenz und Spannung des Bordnetzes
benötigte
Drehbewegung der elektrischen Maschine.
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Die
für das
erfindungsgemäße Verfahren und
seine vorteilhaften Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten entsprechend
für das
erfindungsgemäße Schiff
und seine jeweils korrespondierenden vorteilhaften Ausgestaltungen.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Nachrüstung
einer Fremdenergieversorgung für
ein elektrisches Schiffs-Bordnetzes in einem Schiff, wobei das Schiff
eine elektrische Maschine aufweist, die bei einer Eigenenergieversorgung
des Schiffes von zumindest einer Energiequelle an Bord des Schiffes angetrieben
wird, wird in dem Schiff ein elektrischer Motor installiert, der
mit der elektrischen Maschine zu deren Antrieb gekuppelt wird oder
kuppelbar ist, wobei der elektrische Motor über eine elektrische Verbindung
mit zumindest einer außerhalb
des Schiffes angeordneten Energiequelle verbindbar und mit Strom
von dieser Energiequelle betreibbar ausgebildet ist, wobei der elektrische
Motor derart ausgebildet und mit der elektrischen Maschine koppelbar
oder gekoppelt ist, dass bei seinem Betrieb mit diesem Strom die
von ihm angetriebene elektrische Maschine einen Strom mit der Frequenz
und Spannung des Bordnetzes erzeugt.
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Für die Nachrüstung der
Fremdenergieversorgung muss somit nur ein elektrischer Motor zum Antrieb
der elektrischen Maschine in dem Schiff nachgerüstet werden. Hierbei kann ein
kostengünstiger
Asynchronmotor zum Einsatz kommen. Es können die schon bestehenden Überwachungs-
und Schalteinrichtungen der elektrischen Maschine genutzt werden,
so dass diesbezüglich
größere Änderungen
oder Nachrüstungen
im Schiff vermieden werden können.
Dies ist ein großer
Vorteil gegenüber einer
Nachrüstung
einer Fremdenergieversorgung mit einer direkten Verbindung des Bordnetzes
mit einer außerbordigen
Stromquelle, da diese eine aufwändige
Nachrüstung
einer zusätzlichen Überwachungs-
und Schalteinrichtung im Schiff notwendig macht, für die oftmals
kein Platz ist. Falls in dem Schiff bereits ein Anlaufmotor für die elektrische
Maschine vorhanden ist, kann dieser auch durch den elektrischen
Motor ersetzt werden, wodurch der Platzaufwand für die Nachrüstung des elektrischen Motors
noch weiter verringert werden kann.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gemäß Merkmalen
der Unteransprüche
werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren
näher erläutert; darin
zeigen:
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1 eine
Nutzung einer Blindleistungsmaschine ohne Anlaufmotor zur Fremdenergieversorgung,
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2 eine
Nutzung einer Blindleistungsmaschine mit Anlaufmotor zur Fremdenergieversorgung,
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3 eine
Nutzung einer Blindleistungsmaschine zur Fremdenergieversorgung,
wobei der Anlaufmotor durch einen größeren elektrischen Motor ersetzt
wurde,
-
4 eine
Nutzung eines Generators eines Abwärmenutzungssystems zur Fremdenergieversorgung,
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5 eine
Nutzung eines Generators eines Dieselgeneratorsatzes zur Fremdenergieversorgung,
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6 eine
Nutzung eines elektrischen Antriebsmotors für ein Querstrahlruder zur Fremdenergieversorgung,
-
7 eine
Anordnung eines Fremdenergieversorgungs-Motors und der von ihm angetriebenen elektrischen
Maschine in einer Linie,
-
8 eine
Anordnung eines Fremdenergieversorgungs-Motors auf der von ihm angetriebenen elektrischen
Maschine,
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9 eine
rechtwinklige Anordnung eines Fremdenergieversorgungs-Motors und
der von ihm angetriebenen elektrischen Maschine.
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Ein
in 1 vereinfacht gezeigtes Schiff 1 umfasst
ein Bordnetz 2 mit einer Nennspannung U1 und einer Nennfrequenz
f1, mehrere mit dem Bordnetz 2 verbundene und von jeweils
einem Dieselmotor 3 angetriebene Generatoren 4 zur
Stromerzeugung für
das Bordnetz 2 sowie einen an das Bordnetz 2 angeschlossenen
Verbraucher 5. Eine über
eine Glättungsdrossel 21 an
das Bordnetz 2 angeschlossene elektrische Maschine in Form
einer Blindleistungsmaschine (Blindleistungsgenerator) 6 dient
zur Erzeugung von Blindleistung für das Bordnetz 2.
Alternativ kann die Blindleistungsmaschine 6 auch direkt
mit dem Bordnetz 2 verbunden sein.
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Ein
elektrischer Motor 7 ist über ein Getriebe 8 und
eine Schaltkupplung 9 mit der Blindleistungsmaschine 6 kuppelbar.
Die Schaltkupplung 9 erlaubt ein betriebsmäßiges Kuppeln
bzw. Abkuppeln des elektrischen Motors 7 mit bzw. von der
Maschine 6. Der elektrische Motor 7 ist über eine
elektrische Leitung 11 mit einem landseitigen elektrischen
Netz 12 verbindbar und mit Strom aus diesem Netz 12 betreibbar.
Das landseitige Netz 12 wird von einer Energiequelle 13 mit
einem Strom gespeist, der eine zu dem Bordnetz unterschiedliche
Spannung U2 und Frequenz f2 aufweist.
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Die üblicherweise
als Synchronmotor ausgebildete Blindleistungsmaschine 6 ist
Bestandteil eines Wellengenerator/-motorsystems 20, das
neben der Glättungsdrossel 21 einen
mit einer Propellerwelle 22 gekoppelten Wellengenerator/-motor 23,
einen Erregerstromrichter 24, einen Anfahrstromrichter 25, einen
maschinenseitigen Stromrichter 26 und einen netzseitigen
Stromrichter 27 umfasst.
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Bei
einer Eigenversorgung des Schiffes 1 dienen zum einen die
Dieselmotoren 3 als Energiequelle und treiben die Generatoren 4 an,
die miteinander synchronisiert Strom mit einer Spannung U1 und einer
Frequenz f1 in das Bordnetz 2 einspeisen. Eine weitere
Energiequelle in Form einer Hauptmaschine 28 (z. B. ein
großer
Dieselmotor) treibt die Propellerwelle 22 und somit den
Wellengenerator 23 an, der einen Strom mit einer vom Bordnetz
unterschiedlichen Spannung U3 und Frequenz f3 erzeugt, der durch
die Stromrichter 26, 27 in einen Strom mit der
Spannung U1 und Frequenz f1 des Bordnetzes umgewandelt und über die
Glättungsdrossel 21 in das
Bordnetz 2 eingespeist wird. Da der Wellengenerator 23 keine
Blindleistung liefern kann, muss diese durch die Blindleistungsmaschine 6 bereitgestellt werden.
Die Blindleistungsmaschine 6 wird dabei mit Strom aus dem
Bordnetz 2 bzw. vom Wellengenerator 23 betrieben.
Hierbei ist die Blindleistungsmaschine 6 von dem Motor 7 abgekuppelt.
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Der
Anlauf der Blindleistungsmaschine 6 bis zum Erreichen der
Netzfrequenz f1 erfolgt hierbei bei geöffnetem Schalter 14 mit
Strom aus dem Bordnetz 2 über den Anfahrstromrichter 26 und
den netzseitigen Stromrichter 27.
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Für eine Fremdenergieversorgung
des Schiffs-Bordnetzes 2 wird die Blindleistungsmaschine 6 als
ein Generator betrieben, der Wirkleistung erzeugt. Hierzu wird der
Wellengeneratorbetrieb eingestellt und die Blindleistungsmaschine 6 mittels
des Schalters 14 von dem Netz 2 getrennt. Der
elektrische Motor 7 wird mittels der Leitung 11 mit
dem landseitigen Netz 12 verbunden. Anschließend wird die
Blindleistungsmaschine 6 mit dem elektrischen Motor 7 gekuppelt
und von diesem angetrieben. Der elektrische Motor 7 wird
dabei mit Strom mit einer Spannung U2 und Frequenz f2 aus dem landseitigen Netz 12 betrieben
und treibt die Blindleistungsmaschine 5 über das
Getriebe 8 derart an, dass diese einen Strom mit Spannung
U1 und Frequenz f1 des Bordnetzes 2 erzeugt.
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Der
elektrische Motor 7 und das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes 8 sind dabei derart auf die Blindleistungsmaschine 6 abgestimmt,
dass bei einem Betrieb des elektrischen Motors 7 mit einem Strom
mit der Spannung U2 und der Frequenz f2 aus dem Netz 12 die
Blindleistungsmaschine 6 derart angetrieben wird, dass
sie mit einer Drehzahl rotiert, bei der sie einen Strom mit der
Spannung U1 und Frequenz f1 des Bordnetzes 2 erzeugt.
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Um
Spannungseinbrüche
im Netz bei einem Umschalten von Eigenenergieversorgung zu Fremdenergieversorgung
zu vermeiden, muss in einer Übergangsphase
kurzzeitig gleichzeitig eine Stromeinspeisung durch einen oder mehrere
der Generatoren 4 und durch die Blindleistungsmaschine 6 erfolgen.
Hierzu müssen
die Phasenlagen der von dem einen oder mehreren Generatoren 4 erzeugten Spannung
und der von der Blindleistungsmaschine 6 erzeugten Spannung
miteinander synchronisiert werden.
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Vor
einem Übergang
von einer Eigenenergieversorgung zu einer Fremdenergieversorgung,
d. h. vor einem Zuschalten der Blindleistungsmaschine 6 zu
dem Netz 2, wird deshalb die Phasenlage der Spannung des
Bordnetzes 2 durch eine entsprechende Ansteuerung der Dieselmotoren 3 auf
die Phasenlage der von der Blindleistungsmaschine 6 erzeugten
Spannung synchronisiert. Erst nach dieser Synchronisation wird die
Blindleistungsmaschine 6 über den Schalter 14 dem
Bordnetz 2 zugeschaltet und anschließend der oder die verbleibenden
Generatoren 4 vom Bordnetz 2 weggeschaltet.
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Alternativ
kann auch die Phasenlage der von der Blindleistungsmaschine 6 erzeugten
Spannung mit der Phasenlage der Spannung des Bordnetzes 2 synchronisiert
werden. Dies ist besonders einfach dann möglich, wenn der elektrische
Motor 7 als eine Asynchronmaschine ausgebildet ist, da
sich bei einer solchen Maschine aufgrund des Schlupfes die Phasenlage
ständig ändert und
für die
Zuschaltung zu dem Netz 2 nur ein Zeitpunkt abgewartet
werden muss, bei dem die Phasenlagen synchron sind. In anderen Fällen, z.
B. im Fall eines Antriebes der Blindleistungsmaschine durch eine
Synchronmaschine, kann eine Synchronisierung durch eine Steuerung oder
Regelung der Phasenlage des dem elektrischen Motors 7 zugeführten Stromes,
z. B. mittels eines dem elektrischen Motor 7 vorgeschalteten
Stromrichters, erfolgen.
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Bei
einem Übergang
von einer Fremdenergieversorgung zu einer Eigenenergieversorgung muss
zur Vermeidung von Spannungseinbrüchen in ähnlicher Weise entweder die
Phasenlage der von dem zuerst gestarteten Generators 4 erzeugten Spannung
mit der Phasenlage der Spannung des Bordnetzes 2 bzw. der
von ihm gespeisten Blindleistungsmaschine 6 oder umgekehrt
die Phasenlage der Spannung des Bordnetzes 2 bzw. der Blindleistungsmaschine 6 mit
der Phasenlage der von dem zuerst gestarteten Generators 4 erzeugten
Spannung synchronisiert werden.
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Für die Eigenenergieversorgung
des Schiffes 1 kann die Blindleistungsmaschine 6 mittels
der Kupplung 9 auch wieder von dem elektrischen Motor 7 abgekuppelt
werden.
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In
beiden geschilderten Fällen
werden für
die Synchronisation die Blindleistungsmaschine 6 und der
elektrische Motor 7 miteinander gekuppelt, wobei jedoch
der Schalter 14 geöffnet
und somit die Blindleistungsmaschine 6 vom Bordnetz 2 getrennt
ist. Erst nach erfolgter elektrischer Synchronisation wird die Blindleistungsmaschine 6 über den
Schalter 14 dem Bordnetz 2 zugeschaltet und anschließend werden
der oder die verbleibenden Generatoren 4 vom Bordnetz 2 weggeschaltet.
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Neben
einer derartigen „elektrischen” Synchronisation
hinsichtlich Frequenz und Phasenlage ist jedoch auch eine „mechanische” Synchronisation möglich. Im
Unterschied zu der elektrischen Synchronisation wird für die mechanische
Synchronisation der Schalter 14 geschlossen, d. h. die
Blindleistungsmaschine 6 ist mit dem Bordnetz 2 verbunden, und
die Blindleistungsmaschine 6 ist mittels der Kupplung 9 mechanisch
von dem elektrischen Motor 7 abgekuppelt. In einem ersten
Schritt werden dann die Blindleistungsmaschine 6, angetrieben
mit Strom aus dem Bordnetz 2 mit der Frequenz f1, und der elektrische
Motor, angetrieben mit Strom aus dem landseitigen Netz 12 mit
der Frequenz f2, unabhängig
voneinander gestartet und betrieben. Die Blindleistungsmaschine 6 wird
dann mit der Frequenz und Phasenlage des Bordnetzes 2 betrieben.
Anschließend
werden in einem zweiten Schritt die Blindleistungsmaschine 6 und
der elektrische Motor 7 durch Schließen der Schaltkupplung 9 mechanisch
miteinander synchronisiert. Die Schaltkupplung 9 ist hierzu als
eine Reibschlusskupplung ausgebildet, so dass sich durch den Reibschluss
auf Seite der Blindleistungsmaschine 6 und des elektrischen
Motors 7 die jeweils gleiche Drehzahl einstellt. Bei einer
Nachrüstung
einer Fremdenergieversorgung sind durch dieses Verfahren keine Eingriffe
in bestehende Synchronisierungsabläufe erforderlich.
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Die
Fremdenergieversorgung kann statt aus dem landseitigen elektrischen
Netz 12 auch beispielsweise von einem schwimmenden Kraftwerk,
einer schwimmenden Hafenstromversorgung oder einer Offshore-Plattform
erfolgen.
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Ein
in 2 gezeigtes Schiff 1 unterschiedet sich
von dem in 1 gezeigten Schiff dadurch,
dass zum Anlaufen der Blinleistungsmaschine 6 bei einer Eigenenergieversorgung
des Schiffes 1 ein kleiner Anlaufmotor 29 vorhanden
ist, der über
einen Anfahrstromrichter 30 direkt aus dem Netz 2 gespeist
wird. Die Blindleistungsmaschine 6 ist hierbei an ihrem
einen Wellenende mit dem Anfahrmotor 29 gekoppelt und an
ihrem anderen Wellenende mit dem elektrischen Motor 7 koppelbar.
Die Leistung des elektrischen Motors 7 ist hierbei deutlich
größer als
die Leistung des Anfahrmotors 29.
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Bei
einem in 3 gezeigten Schiff 1 ist
der Anlaufmotor 29 durch den elektrischen Motor 7 ersetzt.
Der elektrische Motor 7 übernimmt somit sowohl die Funktion
des Anlaufmotors für
den Anlauf der Blindleistungsmaschine 6 bei einem Wellengeneratorbetrieb,
d. h. bei einer Eigenenergieversorgung, als auch die Funktion eines
Fremdversorgungsmotors bei einer Fremdenergieversorgung des Schiffes 1.
Der elektrischen Motor 7 kann hierbei mittels eines Schalters 31 wahlweise
mit einem Anfahrstromrichter 30 oder mit der Leitung 11 verbunden
werden. Die Kupplung 9 kann hierbei wahlweise als eine
Schaltkupplung oder als eine starre Verbindungskupplung ausgeführt sein.
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Bei
einem in 4 gezeigten Schiff 1 wird
für die
Fremdenergieversorgung ein Generator 46 eines nur teilweise
dargestellten Abwärmenutzungssystems 40 verwendet,
das Abwärme
einer Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb des Schiffes in elektrische
Energie umwandelt. Das Abwärmenutzungssystem 40 umfasst
zum Antrieb des Generators 46 eine Abgasturbine 42 und
eine Dampfturbine 43, die über eine Kupplung 44 mit
einem Wellenende des Generators 46 kuppelbar sind. Weiterhin
ist der Generator 46 an seinem anderen Wellenende über eine
Kupplung 9 und ein Getriebe 8 mit dem elektrischen
Motor 7 kuppelbar. Bei einer Eigenenergieversorgung des
Schiffes 1 ist der Generator 46 mit der Abgasturbine 42 und
der Dampfturbine 43 gekuppelt und wird von diesen mechanisch
angetrieben, wohingegen er von dem elektrischen Motor 7 abgekuppelt ist.
Der Antrieb erfolgt somit indirekt durch die Verbrennungskraftmaschine
als Energiequelle.
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Für eine Fremdenergieversorgung
wird der Generator 46 mittels der Kupplung 44 von
der Abgasturbine 42 und der Dampfturbine 43 getrennt
und stattdessen mittels der Kupplung 9 mit dem elektrischen
Motor 7 gekuppelt. Der elektrische Motor 7 wird über die
Leitung 11 mit dem Landnetz 12 verbunden und mit
Strom aus diesem Netz betrieben. Er treibt dabei den Generator 46 derart
an, dass dieser einen Strom mit der Spannung U1 und Frequenz f1 des
Bordnetzes 2 erzeugt.
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Bei
einem in 5 gezeigten Schiff 1 wird
für die
Fremdenergieversorgung ein Generator 56 eines Dieselgeneratorsatzes 50 verwendet.
Der Generator 56 ist hierzu an seinem einen Wellenende über eine Kupplung 52 mit
einem Dieselmotor 51 kuppelbar und an seinem anderen Wellenende über eine
Kupplung 9 und ein Getriebe 8 mit dem elektrischen
Motor 7 kuppelbar. Bei einer Eigenenergieversorgung des Schiffes 1 ist
der Generator 56 mit dem Dieselmotor 51 als Energiequelle
gekuppelt und wird von diesem mechanisch angetrieben, wohingegen
er von dem elektrischen Motor 7 abgekuppelt ist. Für eine Fremdenergieversorgung
wird der Generator 56 mittels der Kupplung 52 von
dem Dieselmotor 51 getrennt und stattdessen über die
Kupplung 9 mit dem Motor 7 gekuppelt. Der elektrische
Motor 7 wird über
die Leitung 11 mit dem Landnetz 12 verbunden und
mit Strom aus diesem Netz betrieben. Er treibt dabei den Generator 56 derart
an, dass dieser einen Strom mit der Spannung U1 und Frequenz f1
des Bordnetzes 2 erzeugt.
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Bei
einem in 6 gezeigten Schiff 1 wird
für die
Fremdenergieversorgung ein elektrischer Antriebsmotor 66 einer
Quer strahlrudereinrichtung 60 genutzt. Der Antriebsmotor 66 ist
an seinem einen Wellenende über
eine Kupplung 62 mit einem Querstrahlruder 61 koppelbar
und an seinem anderen Wellenende über eine Kupplung 9 und
ein Getriebe 8 mit dem elektrischen Motor 7 kuppelbar.
Bei einer Eigenenergieversorgung des Schiffes 1 ist der
Antriebsmotor 66 mit dem Querstrahlruder 61 gekuppelt und
treibt das Querstrahlruder 61 an, wobei er mit Strom aus
dem Bordnetz 2 betrieben wird, d. h. mit Energie von einer
oder mehreren der Dieselmotoren 3 als Energiequelle(n).
Hierbei ist der Antriebsmotor 66 von dem elektrischen Motor 7 abgekuppelt.
Für eine
Fremdenergieversorgung wird der Antriebsmotor 66 mittels
der Kupplung 9 von dem Querstrahlruder 61 abgekuppelt
und stattdessen über
die Kupplung 9 mit dem Motor 7 gekuppelt. Der
elektrische Motor 7 wird über die Leitung 11 mit
dem Landnetz 12 verbunden und mit Strom aus diesem Netz
betrieben. Er treibt dabei den als Generator betriebenen Antriebsmotor 66 derart
an, dass dieser einen Strom mit der Spannung U1 und Frequenz f1
des Bordnetzes 2 erzeugt.
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Das
Verfahren zum Übergang
von Eigenenergieversorgung zur Fremdenergieversorgung bzw. umgekehrt
mit den damit verbundenen Synchronisierungsvorgängen kann in den in 2 bis 6 gezeigten
Ausführungsbeispielen
prinzipiell ähnlich
erfolgen wie in den in Zusammenhang mit 1 erläuterten
Fällen.
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Wie
in 7 dargestellt, können die elektrischen Maschinen 6, 46, 56, 66,
der elektrische Motor 7 und das zwischengeschaltete Getriebe 8 in
einer Linie in dem Schiff 1 angeordnet sein.
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Bei
sehr geringen Platzverhältnissen
können – wie in 8 gezeigt – die elektrischen
Maschine 6, 46, 56, 66 und der
elektrische Motor 7 auch rechtwinklig zueinander angeordnet sein,
wobei die Kraftübertragung
beispielsweise über
ein als Winkelgetriebe ausgebildetes Getriebe 8 erfolgen
kann.
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Alternativ
kann – wie
in 9 dargestellt – der elektrische Motor 7 auch
auf oder oberhalb der elektrischen Maschinen 6, 46, 56, 66 angeordnet sein,
wobei die Kraftübertragung
beispielsweise über ein
Getriebe 8 oder einen Kettenantrieb erfolgen kann, das
bzw. der an einer ihrer Stirnflächen
angeordnet ist.