EP4320038A1 - Elektrischer antrieb für ein wasserfahrzeug - Google Patents

Elektrischer antrieb für ein wasserfahrzeug

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EP4320038A1
EP4320038A1 EP22730050.6A EP22730050A EP4320038A1 EP 4320038 A1 EP4320038 A1 EP 4320038A1 EP 22730050 A EP22730050 A EP 22730050A EP 4320038 A1 EP4320038 A1 EP 4320038A1
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EP
European Patent Office
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drive according
electrical
power
watercraft
energy
Prior art date
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Pending
Application number
EP22730050.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Gerdes
Oliver SCHEPERS
Gerd STEFFENS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mbc Maritime Business & Consulting Ug Haftungsbeschraenkt & Co Kg
Original Assignee
Mbc Maritime Business & Consulting Ug Haftungsbeschraenkt & Co Kg
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B63B11/04—Constructional features of bunkers, e.g. structural fuel tanks, or ballast tanks, e.g. with elastic walls
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Definitions

  • the invention relates to an electric drive for a watercraft, with at least one electric motor, a propulsion device and a power plant.
  • the object of the present invention is therefore to create an at least largely emission-free drive for watercraft.
  • the power plant comprises at least one high-temperature fuel cell designed as a solid oxide fuel cell for oxidizing a fossil or synthetic fuel.
  • internal combustion engines can be saved on a relevant watercraft in the future.
  • a power plant consisting of at least one high-temperature fuel cell on board to oxidize a fossil or synthetic fuel replaces this technology.
  • the aim is to make relevant watercraft completely emission-free.
  • the diesel or combustion engine is completely replaced.
  • the high-temperature fuel cell is used as the power plant, and the best power plant on the ship with the most suitable fuel in the ship brought together.
  • the power plant oxidizes the fuel in the fuel cell. Thanks to the combination of this new use of fuels that are particularly suitable for this purpose and based on high-temperature fuel cells, an emission-free or at least extremely low-emission ship can be realized.
  • an electric motor drives the propulsion device, e.g. a propeller shaft, which draws its energy from the SFOC fuel cell instead of from a diesel generator, as was previously the case.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the power plant generates electrical and/or thermal power.
  • the SFOC power plant therefore uses the energy content of a fossil or synthetic fuel to generate electrical and thermal power.
  • the only exhaust gas is water vapor and carbon dioxide.
  • the power plant is quiet and largely eliminates the diesel engine as a source of noise.
  • the fuel which should come from the group of alkanes and with which the electric drive according to the invention is accomplished and which replaces heavy oil or diesel oil. It is expedient if methanol or ammonia is used as the fuel.
  • methanol or ammonia is used as the fuel.
  • the specification is not just any fuel cell that runs on hydrogen, but a fuel cell that can run on methanol or other alkanes and that was found with the SFOC fuel cell.
  • a methanol-fired SFOC is used on a ship for the first time. The combination is possible on any watercraft, not just an LNG ship.
  • the fact that the drive is assigned a storage device for receiving the exhaust gas generated in the power plant is also advantageous in a number of respects.
  • the drive is provided with a storage device that serves to absorb the energy generated in the power plant and to compensate for the line fluctuations of the watercraft.
  • a battery is integrated into the vehicle electrical system to store energy.
  • the battery storage can deliver or absorb a multiple of the stored energy in fractions of a second and thus stores the energy of the load fluctuations.
  • this is designed in such a way that a battery integrated into the vehicle electrical system serves as the storage device, as has already been mentioned in principle.
  • SFOC fuel cell supplies the base load and the battery takes over power peaks. In the case of negative peaks, the batteries can be charged accordingly.
  • a special power management system is used for control, which automatically regulates the power distribution and ensures that the SFOC fuel cell is operated optimally.
  • the battery energy store serves as an emergency power supply if, for example, the SFOC power plant is temporarily or permanently unable to supply energy due to technical reasons.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the electric motor obtains its drive energy from the SFOC power plant and/or the storage device, possible load fluctuations in the network being compensated for by the battery energy storage device.
  • the watercraft according to the invention also opens up completely new possibilities in that the CO 2 produced by the gas valorization in the SFOC power plant is separated in a suitable capture device before it reaches the atmospheric environment.
  • the C0 2 can be stored on board for a longer period of time in order to deliver or sell it in suitable ports on land.
  • at least one tank is provided on board the watercraft to store the CO 2 obtained through the gas valorisation. Ie there are one or more tanks integrated into the ship, in which the C0 2 can be stored. It is also provided that at least one tank for storing the fuel required for the power plant and at least one container for storing the CO 2 obtained through the gas valorization is provided on board the watercraft.
  • the C0 2 obtained can serve as an inert gas to reduce the risk associated with the alcohol proves to be a further advantageous embodiment.
  • Inert gas must be used in certain applications because of the high risk of explosion associated with alcohols.
  • the collected CO 2 then takes over this function, supported by appropriate structural measures.
  • the state of aggregation of the C0 2 must be taken into account. It is envisaged that a MOF storage device, a cooled container and/or a pressure tank container will be used for the temporary storage of the CO 2 . It is advisable to store the CO 2 in the gaseous state of the MOF storage, in the solid state dry ice and in the liquid state a pressure tank container under a pressure between 5 bar and 70 bar.
  • the storage unit is used for storage of unpressurized, pressurized and/or cooled C0 2 or the storage unit serves to store unpressurized, pressurized and/or cooled C0 2.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the electrical energy is distributed to the electrical users in a central main switchboard and that the electric motor is supplied with energy from the central main switchboard.
  • a propeller, azipod, jet, etc. be used to propel the ship.
  • the function of the electric motor is to supply the propulsion technology with energy.
  • the use of an electric motor, which can be reversed in the direction of rotation, is expedient here.
  • the vehicle electrical system is a key component here, i. H. the watercraft has an on-board network for the distribution of electrical energy, with the on-board network being designed for alternating current (AC), direct current (DC) or a combination of both.
  • the watercraft has a power management system that controls the power available in the main switchboard.
  • the power management also has the function of automating the power consumption from the power plant and energy store or optimizing the power consumption from the power plant and energy store.
  • the invention is characterized in particular by the fact that an electric drive for a watercraft is created with at least one motor with at least one drive unit such as one or more propellers, azipod, water jet and a power plant, in which the hitherto customary and in many respects problematic fuel heavy oil / Diesel and a motor driven by it can be saved and replaced by an electric drive.
  • a power plant with at least one solid oxide fuel cell serves to oxidize the fuel, which is expediently methanol. The use of other fuels is also conceivable.
  • the subject matter of the invention is therefore an emission-free ship, which converts liquid fuel into (electrical) energy on board in a power plant and, as a result, does not produce any greenhouse gases, noise or other emissions.
  • the watercraft according to the invention comprises an electric drive, which consists of a rotatable propeller, a gondola-like propulsion module (azimuth), a water jet drive or any other electric drive.
  • the watercraft according to the invention also includes an electric motor (propulsion motor) whose direction of rotation can be changed and, above all, an SFOC power plant (high-temperature solid oxide fuel cell) that uses fossil or synthetic fuel such as methanol, ammonia, alcohols, etc. in a fuel cell oxidized, reformed into synthesis gas and the required electrical energy generated.
  • the ship according to the invention includes a suitable fuel tank, or a CO 2 capture and storage system, which captures the CO 2 exhaust gases generated in the SFOC power plant and stores them on board.
  • the collected C0 2 can be stored without pressure, cooled or under pressure, with the possibility of delivering and selling the collected C0 2 at suitable locations on land.
  • a battery energy storage system is planned, whereby this covers both power fluctuations of the ship and optimizes the electrical energy consumption and also serves as an emergency power generator.
  • a vehicle electrical system for alternating current (AC), direct current (DC) or a combination is also implemented On-board network, including a suitable main switchgear and with an intelligent and with an intelligent and suitable power management system, which controls the complex performance requirements for the drive and optimizes the electrical on-board consumption in order to ultimately be able to operate the maritime watercraft emission-free and energy-efficiently.
  • the battery energy storage is integrated into the vehicle electrical system.
  • the battery storage can deliver or absorb a multiple of the stored energy in fractions of a second and thus supplies and stores the energy of the load fluctuations.
  • the battery energy storage also serves as an emergency power supply if, for example, the SFOC power plant is unable to supply energy for technical reasons.
  • the maritime object is provided with a special, intelligent power management system automation, which ensures that the SFOC power plant is always operated in the optimal operating window, but for the maritime object regardless of whether the required drive and electrical energy is always available.
  • the drive of the watercraft designed as a ship 2 is denoted by 3 and includes an electric motor 4, which is integrated into the power grid 5 in such a way that it draws its energy from either the SFOC power plant 1 or the battery energy store 6 .
  • This memory compensates for possible load fluctuations in the network 5.
  • All electrical users are connected in the power grid 5 and are in one suitable main switchboard 7 driven.
  • An intelligent power management system controls and optimizes the energy supply of the electrical users.
  • the tank for storing the methanol or other fuel is denoted by 9 and the storage device for intermediate storage of the CO 2 is denoted by 10 .

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Abstract

Ein elektrischer Antrieb für ein Wasserfahrzeug umfasst mindestens einen Motor (4) mit mindestens einer Vortriebseinrichtung (3) und einem Kraftwerk (1), wobei das Kraftwerk (1) mindestens eine Festoxid-Brennstoffzelle (2) zur Oxidation von Kraftstoff aufweist.

Description

BESCH REI B U NG
ELEKTRISCHER ANTRIEB FÜR EIN WASSERFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Wasserfahrzeug, mit mindestens einem elektrischen Motor, einer Vortriebseinrichtung und einem Kraftwerk.
Die mehr als 140.000 Schiffe, die auf den Weltmeeren fahren, verfügen zumeist über einen Dieselmotor, welcher die Drehkraft entweder direkt oder über ein Getriebe auf die Propellerwelle überträgt, die dann einen Propeller antreibt. Da auf einem Schiff auch Strom benötigt wird, sind zusätzlich sogenannte Hilfsdiesel in Gebrauch, welche diesel-elektrisch Strom erzeugen. Die Motoren laufen permanent, je nach Strombedarf mit mehr Leistung. Die Verbrennungsmotoren bisher bekannter Wasserfahrzeuge formen fossile Brennstoffe in Rotationsenergie um und produzieren dabei eine erhebliche Menge an Abgasen. Als Kraftstoff wird in der modernen Schifffahrt vor allem Schweröl oder Marine Dieselöl eingesetzt, das von den Dieselmotoren verbrannt wird. Im Ergebnis entweicht aus den Schiffsschornsteinen eine erhebliche Menge an C02, aber auch NOx, SOx Partikel, Asche etc. Die globale Handelsschifffahrt ist für den Transport von ca.
90 % des weltweiten Handels verantwortlich und produziert ungefähr 2,9 % der globalen C02-Emissionen. Um die europäischen und internationalen Klimaziele einhalten zu können, muss dieser hohe Anteil erheblich reduziert werden. Der Druck auf die Schifffahrt ist enorm, die Zielvorgabe der Emissionsfreiheit möglichst bald umzusetzen. Es gibt weitere Nachteile rund um den Einsatz von Verbrennungsmotoren auf Schiffen. Zu nennen sind etwa die von Schiffen und auf See stationierten maritimen Objekten verursachten Geräuschemissionen mit der nachteiligen Wirkung auf die Umwelt. Dies betrifft zum einen die dort lebenden und arbeitenden Menschen, zum anderen auch die Meeresumwelt. Insbesondere können Tiere, die auf ihren akustischen Sinn zur Orientierung, Nahrungssuche, Kommunikation oder Räubervermeidung angewiesen sind, dauerhaft beeinträchtigt werden. Der durch Schiffe verursachte Lärm ist ebenfalls Gegenstand verpflichtender Resolutionen der International Maritime Organisation. Sie beinhaltet Lärmobergrenzen für die verschiedenen Räumlichkeiten innerhalb eines Schiffs. Lärmquellen sind neben den Dieselmotoren hauptsächlich die Propellerwellendynamik, vom Propeller ausgehende Druck- und Lagerkräfte, Klimaanlagen, Manövriereinrichtungen, insbesondere Querstrahlruder, Winden, Wirbelablösungen, Luftein- und -auslässe oder Wellenstöße.
Gegenwärtig gibt es diverse Initiativen, die Emissionen in der Schifffahrt mit Hilfe von regenerativen bzw. synthetischen Energieträgern zu senken. Nach wie vor wird dabei jedoch auf den Dieselmotor als Hauptantrieb und Stromerzeuger gesetzt. Es gibt bereits Projekte in der Schifffahrt, konkret den C02-Ausstoß zu reduzieren. Bisher erdachte Lösungen sind allerdings nicht wirklich praktikabel, weil beispielsweise Kraftstofftanks zu komplex und zu groß werden.
Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen zumindest weitestgehend emissionsfreien Antrieb für Wasserfahrzeuge zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Kraftwerk mindestens eine als Festoxid-Brennstoffzelle zur Oxidation eines fossilen oder synthetischen Kraftstoffs ausgebildete Hochtemperatur-Brennstoffzelle umfasst.
Erfindungsgemäß können auf einem einschlägigen Wasserfahrzeug Verbrennungskraftmotoren zukünftig eingespart werden. Stattdessen ersetzt ein Kraftwerk aus mindestens einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle an Bord zur Oxidation eines fossilen oder synthetischen Kraftstoffs diese Technik. Zielvorgabe ist es, einschlägige Wasserfahrzeuge vollständig komplett emissionsfrei zu gestalten. Dazu wird der Diesel- bzw. Verbrennungsmotor komplett ersetzt. Stattdessen wird die Hochtemperatur-Brennstoffzelle als Kraftwerk verwendet und das beste Kraftwerk auf dem Schiff mit dem geeignetsten Kraftstoff in dem Schiff zusammengebracht. Das Kraftwerk oxidiert den Kraftstoff in der Brennstoffzelle. Dank der Kombination dieser neuen, auf der Basis von Hochtemperatur- Brennzellen funktionierenden Nutzung dafür besonders geeigneter Kraftstoffe kann ein emissionsfreies oder jedenfalls extrem emissionsarmes Schiff realisiert werden.
Als besonders geeignet erweisen sich als Festoxid-Brennstoffzelle (SFOC oder SOFC) ausgebildete Hochtemperatur-Brennstoffzellen, welche als Kraftwerk Einsatz finden und nicht nur die Rotationsenergie für den oder die Propeller erzeugen, sondern auch den elektrischen Strom für das Schiff liefern. Statt eines Dieselmotors treibt also ein elektrischer Motor die Vortriebseinrichtung, z.B. eine Propellerwelle an, der seine Energie aus der SFOC-Brennstoffzelle anstatt aus einem Dieselgenerator bezieht, wie es bisher üblich war.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass das Kraftwerk eine elektrische und/oder thermische Leistung erzeugt. Das SFOC- Kraftwerk nutzt also den Energiegehalt eines fossilen oder synthetischen Kraftstoffs, um eine elektrische und eine thermische Leistung zu erzeugen. Als Abgas entsteht lediglich Wasserdampf und Kohlendioxid. Gleichzeitig ist das Kraftwerk geräuscharm und eliminiert den Dieselmotor weitgehend als Lärmquelle.
Besondere Bedeutung kommt im vorliegenden Fall dem Kraftstoff zu, der aus der Gruppe der Alkane stammen sollte und mit dem der erfindungsgemäße elektrische Antrieb bewerkstelligt wird und das Schweröl bzw. Dieselöl ersetzt. Es ist zweckmäßig, wenn als Kraftstoff Methanol oder Ammoniak Verwendung findet. Vorgabe ist dabei nicht eine beliebige Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff betrieben wird, sondern eine Brennstoffzelle, die mit Methanol oder anderen Alkanen betrieben werden kann und die mit der SFOC-Brennstoffzelle gefunden wurde. Erstmals wird auf einem Schiff eine Methanol-befeuerte SFOC eingesetzt. Möglich ist die Kombination auf jedem Wasserfahrzeug, nicht nur einem LNG- Schiff. Dass dem Antrieb eine zur Aufnahme des in dem Kraftwerk generierten Abgases dienende Speichereinrichtung zugeordnet ist, ist ebenfalls in mehrerlei Hinsicht vorteilhaft. Dies ist etwa der Fall bei einer C02Capture- und Speichereinrichtung, welche den im SFOC-Kraftwerk generierten C02 - Abgas einfängt und an Bord speichert. Das C02 wird abgefangen und abgespeichert in einer MOF-Struktur anstatt es zu separieren.
Immanent ist den Brennstoffzellen, dass sie sich gegenüber schnellen und heftigen Lastwechseln als problematisch erweisen können. Gerade bei der Schifffahrt treten solche durch Wind und Seegang bedingten Lastwechsel aber naturgemäß regelmäßig auf. Von daher ist es zweckmäßig, wenn dem Antrieb eine zur Aufnahme der in dem Kraftwerk generierten Energie dienende Speichereinrichtung zum Ausgleich der Leitungsschwankungen des Wasserfahrzeugs vorgesehen ist. Dazu ist eine Batterie als Energiespeicher in das Bordnetz integriert.
Der Batteriespeicher kann ein Mehrfaches der gespeicherten Energie in Bruchteilen einer Sekunde abgeben bzw. aufnehmen und speichert damit die Energie der Lastschwankungen. Konkret gestaltet sich dies so, dass als Speichereinrichtung eine in das Bordnetz integrierte Batterie dient, wie im Prinzip bereits angesprochen wurde.
Dies führt dazu, dass die SFOC-Brennstoffzelle die Grundlast liefert und die Batterie Leistungsspitzen übernimmt. Bei negativen Spitzen können die Batterien entsprechend aufgeladen werden. Zur Steuerung dient ein spezielles Power Management System, welches automatisch die Leistungsverteilung reguliert und dafür sorgt, dass die SFOC-Brennstoffzelle optimal betrieben wird.
Darüber hinaus dient der Batterie-Energiespeicher als Notstromversorgung, sollte beispielsweise aus technischen Grüßen das SFOC-Kraftwerk vorübergehend oder dauerhaft keine Energie liefern können. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Motor seine Antriebsenergie aus dem SFOC-Kraftwerk und/oder der Speichereinrichtung gewinnt, wobei durch den Batterie-Energiespeicher mögliche Lastschwankungen im Netz ausgeglichen werden.
Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug eröffnet auch völlig neue Möglichkeiten dahingehend, dass das durch die Gasvalorisierung im SFOC- Kraftwerk entstehende C02 in einer geeigneten Einfangvorrichtung separiert wird, bevor es in die Atmosphärenumgebung gelangt. Das C02 kann nach einer Variante über einen längeren Zeitraum an Bord gespeichert werden, um es in geeigneten Häfen an Land abzugeben bzw. zu veräußern. Insofern ist es geboten, dass an Bord des Wasserfahrzeugs mindestens ein Tank zur Vorhaltung des durch die Gas-Valorisierung gewonnenen C02 vorgesehen ist. D.h. es sind ein oder mehrere Tanks in das Schiff integriert, in denen das C02 gespeichert werden kann. Vorgesehen ist weiterhin, dass an Bord des Wasserfahrzeugs mindestens ein Tank zur Vorhaltung des für das Kraftwerk benötigten Kraftstoffs und mindestens ein Behälter zur Vorhaltung des durch die Gas-Valorisierung gewonnenen C02 vorgesehen ist.
Dass das gewonnene C02 als Inertgas zur Reduzierung der mit dem Alkohol verbundenen Risikos dienen kann, erweist sich als weitere vorteilhafte Ausführung. Inertgas muss bei bestimmten Anwendungen wegen der hohen Explosionsgefahr in Zusammenhang mit Alkoholen eingesetzt werden. Das aufgefangene C02 übernimmt dann, unterstützt durch entsprechende bauliche Maßnahme diese Funktion.
Dabei ist der Aggregatzustand des C02 zu berücksichtigen. Es ist vorgesehen, dass zur Zwischenlagerung des C02 ein MOF-Speicher, ein gekühlter Behälter und/oder ein Drucktankbehälter dienen. Dabei empfiehlt sich bei der Lagerung des C02 in gasförmigen Zustand der MOF-Speicher, im festen Zustand Trockeneis und in flüssigem Zustand ein Drucktankbehälter unter einem Druck zwischen 5 bar und 70 bar. Die Speichereinheit dient dabei zum Speichern von drucklosem, unter Druck stehendem und/oder gekühltem C02 bzw. die Speichereinheit dient zum Speichern von drucklosem, unter Druck stehendem und/oder gekühlten C02.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Energie in einer zentralen Hauptschalttafel auf die elektrischen Nutzer verteilt und dass der elektrische Motor von der zentralen Hauptschalttafel mit Energie versorgt wird.
Im Zusammenhang mit der Vortriebseinrichtung wird weiterhin vorgeschlagen, dass zum Vortrieb des Schiffs ein Propeller, Azipod, Jet etc. dient. Dem elektrischen Motor kommt dabei die Funktion zu, die Vortriebstechnik mit Energie zu versorgen. Zweckmäßig ist dabei der Einsatz eines elektrischen Motors, der in Drehrichtung umgesteuert werden kann. Wesentlicher Bestandteil ist dabei das Bordnetz, d. h. das Wasserfahrzeug verfügt über ein Bordnetz zur Verteilung der elektrischen Energie, wobei das Bordnetz sowohl in Wechselstrom (AC), Gleichstrom (DC) oder einer Kombination aus beidem ausgeführt ist.
Ein weiteres zentrales Aggregat des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs ist das Power Management. Das Wasserfahrzeug verfügt über ein Power Management, welches die in der Hauptschalttafel verfügbare Leistung steuert.
Dabei kommt dem Power Management ferner die Funktion zu, die Leistungsaufnahme aus dem Kraftwerk und Energiespeicher zu automatisieren bzw. die Leistungsaufnahme aus dem Kraftwerk und Energiespeicher zu optimieren.
Dass das Power Management System das Laden/Entladen des Energiespeichers steuert, trägt zur hohen Effizienz dieses Systems maßgeblich bei, wobei das Power Management System zusätzlich eine Vielzahl von Sicherheitsfunktionen beinhaltet und die Energieeffizienz strategisch steuert. Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein elektrischer Antrieb für ein Wasserfahrzeug mit mindestens einem Motor mit mindestens einer Antriebseinheit wie einem oder mehreren Propellern, Azipod, Wasserjet und einem Kraftwerk geschaffen ist, bei dem der bisher übliche und in vielerlei Hinsicht problematische Kraftstoff Schweröl/Diesel und ein damit angetriebener Motor eingespart und durch einen elektrischen Antrieb ersetzt werden. Dazu dient ein Kraftwerk mit mindesten einer Festoxid-Brennstoffzelle zur Oxidation des Kraftstoffs, bei dem es sich zweckmäßigerweise um Methanol handelt. Auch der Einsatz anderer Kraftstoffe ist denkbar. Das Kraftwerk oxidiert den Kraftstoff in der Brennstoffzelle zugleich auf besonders umweltverträgliche Weise. Gegenstand der Erfindung ist somit ein emissionsfreies Schiff, welches einen flüssigen Kraftstoff an Bord in einem Kraftwerk in (elektrische) Energie umsetzt und im Ergebnis keine Klimagase, Lärm oder andere Emissionen erzeugt. Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug umfasst einen elektrischen Antrieb, wobei dieser aus einem drehbaren Propeller, einem gondelartigen Propulsionsmodul (Azimut), einem Wasserstrahlantrieb oder einem anderen beliebigen elektrischen Antrieb besteht. Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug umfasst darüber hinaus einen elektrischen Motor (Propulsionsmotor), dessen Drehrichtung gewechselt werden kann und vor allem ein SFOC-Kraftwerk (Hochtemperatur Solid Oxide Fuel Cell), das fossilen oder synthetischen Kraftstoff wie z.B. Methanol, Ammoniak, Alkohole etc. in einer Brennstoffzelle oxidiert, zu Synthesegas reformiert und die benötigte elektrische Energie erzeugt. Für die Lagerung des Kraftstoffs umfasst das erfindungsgemäße Schiff einen geeigneten Kraftstofftank, respektive eine C02-Capture- und Speicheranlage, welche die im SFOC-Kraftwerk generierten C02-Abgase einfängt und an Bord speichert. Das eingesammelte C02 ist dabei sowohl drucklos, gekühlt oder unter Druck speicherbar, mit der Möglichkeit, das eingesammelte C02 an geeigneten Stellen an Land abzugeben und zu veräußern. Ergänzend ist ein Batterie- Energiespeichersystem vorgesehen, wobei dieses sowohl Leistungsschwankungen des Schiffs abdeckt, als auch den elektrischen Energieverbrauch optimiert und zusätzlich als Notstromaggregat dient. Verwirklicht ist ferner ein Bordnetz für Wechselstrom (AC), Gleichstrom (DC) oder Kombination Bordnetz, inklusive geeigneter Hauptschaltanlage und mit einem intelligenten und mit einem intelligenten und geeigneten Power Management System, welches die komplexen Leistungsanforderungen für den Antrieb steuert und den elektrischen Bordverbrauch optimiert, um letztlich das maritime Wasserfahrzeug emissionsfrei und energieeffizient betreiben zu können.
Um die Leistungsschwankungen abzufangen, wird der Batterie- Energiespeicher in das Bordnetz eingebunden. Der Batteriespeicher kann ein Mehrfaches der gespeicherten Energie in Bruchteilen einer Sekunde abgeben bzw. aufnehmen und liefert als auch speichert somit die Energie der Lastschwankungen. Des Weiteren dient der Batterie-Energiespeicher als Notstromversorgung, sollte beispielsweise aus technischen Gründen das SFOC- Kraftwerk keine Energie liefern können. Um die Energieproduktion des SFOC- Kraftwerks sowie die Energieentnahme für den Antrieb zu optimieren, wird das maritime Objekt mit einer speziellen, intelligenten Power Management Systemautomatisierung versehen, die gewährleistet, dass das SFOC-Kraftwerk immer im optimalen Betriebsfenster betrieben wird, für das maritime Objekt aber auch immer sicher die benötigte Antriebs- und elektrische Energie zur Verfügung steht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist, konkret ein Schema zur Funktion des elektrischen Antriebs.
In dieser Darstellung ist der Antrieb des als Schiff 2 ausgebildeten Wasserfahrzeugs pauschal mit 3 bezeichnet und umfasst einen elektrischen Motor 4, welcher so in das Stromnetz 5 integriert ist, dass er wahlweise seine Energie aus dem SFOC-Kraftwerk 1 oder dem Batterie-Energiespeicher 6 bezieht. Dieser Speicher gleicht mögliche Lastschwankungen im Netz 5 aus. Alle elektrischen Nutzer sind in dem Stromnetz 5 verbunden und werden in einer geeigneten Hauptschalttafel 7 angesteuert. Ein intelligentes Power Management System steuert und optimiert dabei die Energieversorgung der elektrischen Nutzer. Mit 9 ist der Tank zur Vorhaltung des Methanols oder anderen Kraftstoffs und mit 10 der Speicher zur Zwischenlagerung des C02 bezeichnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrischer Antrieb für ein Wasserfahrzeug, mit mindestens einem elektrischen Motor (4), einer Vortriebseinrichtung (3) und einem Kraftwerk (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk (1) mindestens eine als Festoxid-Brennstoffzelle (2) zur Oxidation eines fossilen oder synthetischen Kraftstoffs ausgebildete Hochtemperatur-Brennstoffzelle (2) umfasst.
2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk (1) eine elektrische und/oder thermische Leistung erzeugt.
3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff aus der Gruppe der Alkane stammt.
4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Antrieb eine zur Aufnahme der in dem Kraftwerk (1) generierten Energie dienende Speichereinrichtung (6) zugeordnet ist.
5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (6) zum Ausgleich der Leistungsschwankungen des Wasserfahrzeugs vorgesehen ist.
6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichereinrichtung (6) eine in das Bordnetz (5) integrierte Batterie dient.
7. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (6) als Notstromversorgung ausgebildet ist.
8. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) seine Energie aus dem SFOC-Kraftwerk (1) und/oder der Speichereinrichtung (6) gewinnt.
9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an Bord des Wasserfahrzeugs (2) mindestens ein Tank (9) zur Vorhaltung des für das Kraftwerk (1) benötigten Kraftstoffs vorgesehen ist.
10. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an Bord des Wasserfahrzeugs (2) mindestens ein Behälter (10) zur Vorhaltung des durch die Gas-Valorisierung gewonnenen C02 vorgesehen ist.
11. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das gewonnene C02 als Inertgas zur Reduzierung der mit dem Alkohol verbundenen Risikos dient.
12. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zwischenlagerung des C02 ein MOF-Speicher, ein gekühlter Behälter und/oder ein Drucktankbehälter dienen.
13. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (10) zum Speichern von drucklosem, unter Druck stehendem und/oder gekühltem C02 dient.
14. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie in einer zentralen Hauptschalttafel (7) auf die elektrischen Nutzer verteilt wird.
15. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Hauptschalttafel (7) zur Versorgung des elektrischen Motors (4) mit Energie dient.
16. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vortrieb (3) des Schiffs (2) ein Propeller, Azipod, Jet etc. dient.
17. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug über ein Bordnetz (5) zur Verteilung der elektrischen Energie verfügt.
18. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug über ein Power Management System (8) verfügt, welches die in der Hauptschalttafel (7) verfügbare Leistung steuert.
19. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Power Management System (8) die Leistungsaufnahme aus dem Kraftwerk (1) und dem Energiespeicher (6) automatisiert.
20. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Power Management System (8) das Laden/Entladen des Energiespeichers (6) steuert.
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