WO2005049418A2 - Energieerzeugungs-, verteilungs- und bordstromversorgungssystem für emissionsarme überwasser-marine (navy)-schiffe unterschiedlicher klassen und grössen - Google Patents

Energieerzeugungs-, verteilungs- und bordstromversorgungssystem für emissionsarme überwasser-marine (navy)-schiffe unterschiedlicher klassen und grössen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a power generation, distribution and on-board power supply system for low-emission surface marine (Navy) ships of different classes and sizes with at least one cruise drive which can preferably be supplied with electrical energy from a direct current network, e.g. an electric rudder propeller drive and with at least one additional drive which can be supplied with electrical energy from an AC network, e.g. a water jet drive, which can be switched on as required, the
  • a direct current network e.g. an electric rudder propeller drive
  • AC network e.g. a water jet drive
  • Direct current and alternating current networks are designed such that mutual energy transfer can take place.
  • Electrically excited synchronous generators which are driven by diesel engines or gas turbines, are conventionally used on marine (Navy) ships for generating electrical energy.
  • the energy transfer takes place in AC technology. It is driven by means of diesel engines, gas turbines, electric motors or by a combination thereof, the motors driving one or more propellers via a shaft and ensuring the propulsion of the ship. Both fixed propellers and variable propellers are used.
  • the gate Energyer Wegungsaggre ⁇ be approximately amidships arranged.
  • An example of conventional technology is provided by the HNLMS , LPD Rotterdam "of the Royal Navy of the Netherlands. This ship is equipped with four generator diesel sets, which are connected to two main switchboards.
  • the propulsion is carried out by four electric motors, two of which are motors each Reduction gears act on one shaft: For redundancy reasons, two motors are cross-connected to the other medium-voltage control panel.
  • a disadvantage of the previously known drive systems is that they cannot be designed to be largely emission-free, that is to say they have a high infrared signature and electromagnetic signature.
  • the previously known propulsion systems can be put out of action by hitting only one missile, for example a medium-sized missile in the central nave.
  • the invention is based on the object of specifying an electrical power generation, distribution and on-board power supply system which can be easily adapted to a wide variety of operating states, including emissions-free ones, and which can be kept functional in the event of failure of subareas of its electrical power supply networks .
  • modern Navy (Navy) ships have two independently functioning propulsion devices, e.g. have a POD in the stern and a water jet propulsion amidships.
  • An example shows WO 02/057132 AI.
  • the power generation, distribution and on-board power supply system has at least one direct current network and one alternating current network, which are designed in such a way that mutual energy transfer can take place.
  • the direct current network is assigned to a POD drive or an inboard electric drive, in particular with an HTS motor
  • the alternating current network is assigned to an additional electrical drive, for example a water jet drive, in particular driven by an HTS motor.
  • the direct current network has at least one fuel cell module for generating electrical energy, in particular a fuel cell module that at least partially consumes hydrogen reformer.
  • a fuel cell module that generates direct current results in a largely low-emission cruise, since only the exhaust air and the exhaust gases are generated from the reformer and the otherwise usual exhaust plume is eliminated. It is of particular advantage if the exhaust air and the exhaust gases of the reformer are injected into the surrounding water of the ship via injectors, as a result of which they escape horizontal infrared detection.
  • the fuel cell module consists of interconnected, air-breathing fuel cells, in particular of fuel cells with different dynamics. This results in a fuel cell version that is particularly suitable for on-board operation and cruising and for which no pure oxygen has to be carried or generated on board.
  • the direct current network preferably has a plurality of fuel cell modules, each with approximately 1 MW to 10 MW, each fuel cell module preferably consisting of a large number of of the interconnected fuel cells with preferably 0.1 MW to 0.3 MW, in particular 0.12 to 0.15 MW, is variably composed.
  • Fuel cells are known in many different designs and with many different working temperatures, so that fuel cell blocks can be assembled from the many different types that meet the different dynamic requirements on board Navy (Navy) ships, with the low-temperature fuel cells being highly dynamic have, advantageously for a changing, dynamic load of the DC network and the high-temperature fuel cells, which have a low dynamic range, are advantageously used for the base load of the DC network.
  • the fuel cells can be operated with a reaction gas from a reformer, in particular diesel, methanol, light petrol and / or natural gas reformer, and with air.
  • a reaction gas from a reformer in particular diesel, methanol, light petrol and / or natural gas reformer
  • air when operating with air, the oxygen side of the fuel cells contains about 21% oxygen.
  • Reaction gas from a reformer contains admixtures of nitrogen or carbon dioxide on the hydrogen side of the fuel cell. It follows that the PEM fuel cells, as are used according to the invention for highly dynamic requirements, are no longer dead-ended on the oxygen side as well as on the hydrogen side.
  • AC network at least one synchronous generator driven by a gas turbine, e.g. using HTS technology to generate electrical energy.
  • the direct current and the alternating current network are advantageously a 1 kV to 15 kV network.
  • the direct current network and the alternating current network supply the ship's on-board network with electrical energy.
  • the electric drive system according to the present invention has a direct current intermediate circuit for coupling the on-board network to the direct and to the alternating current network.
  • the energy is advantageously transmitted both from the direct current network and from the alternating current network to the direct current intermediate circuit and thus to the on-board network via direct current lines. This makes it easy to transfer energy in both networks as required.
  • the AC network uses AC / DC converters for this purpose.
  • converters are used which convert the electrical energy made available to the on-board electrical system into suitable alternating voltage, since consumers to be supplied via the on-board network are usually alternating current consumers.
  • control of the assemblies and components of the drive system and the data exchange takes place by means of fiber optic lines, which are arranged in a fail-safe configured form.
  • fiber optic lines which are arranged in a fail-safe configured form.
  • both rings and star-shaped configurations can be selected.
  • a plurality of fuel cell modules are advantageously arranged distributed in the ship or boat.
  • Switching and control devices of the ship or boat can be connected and interconnected in the simplest way. Particularly in the case of navy (Navy) ships, in the case of a
  • the invention creates a very viable ship, the electrical equipment of which can react variably to all situations that can occur after being hit.
  • the network in the energy generation, distribution and on-board power supply system has current limiting devices which are designed as HTS (high-temperature superconducting) current limiters and / or semiconductor switches and by means of which the reaction of voltage dips in the event of a short circuit limited to unaffected subnets for a period of time in the low millisecond range, in particular ⁇ 1 ms, and thus such voltage drops can be limited to the subnet concerned in each case.
  • HTS high-temperature superconducting
  • the networks of marine (Navy) ships are naturally designed as island networks, which are fed by at least two generators, fuel cell systems or high-performance batteries or combinations thereof. They include electrical distribution systems with sometimes high operating currents, since low-voltage switchgear ⁇ lkV are often used. In the event of a short-circuit event, high thermal and dynamic requirements are placed on the electrical systems of such networks.
  • the voltage drop in the entire electrical network then affects the electronic equipment of the automation and control technology in the range from a few 10 to a few 1000 ms, e.g. the response time in the main area can be between 0.03 and 6 seconds. If the electronic equipment is not uninterrupted, e.g. If the battery is powered via a static transfer switch and is supplied by an inverter, the electronic equipment fails, which requires a restart of the operating systems, for example, which takes a long time. After a hit, immediate switching is required not only for the power lines but also for the electronic equipment.
  • the measures specified below are known from the prior art, by means of which the availability and reliability of the electrical network designed in this way can be increased.
  • the electrical power generation units and the consumer units are divided into different ship protection sections. Individual switchgear sections are connected to one another by couplings, which are arranged directly in a switchgear in a field as a circuit breaker field, or by means of transitions, in which a circuit breaker is provided in each switchgear assembly, which are connected to a cable route.
  • the electrical networks are designed as ring networks or radiation networks, some with a high degree of meshing, with switching devices, for example in the form of automatic rapid circumferences are provided to meet the redundancy requirements in the planned operation.
  • switching devices for example in the form of automatic rapid circumferences are provided to meet the redundancy requirements in the planned operation.
  • the known measures may not be sufficient.
  • any damage to the electronic equipment should also be reliably excluded in terms of automation and control technology, even in the event of a short circuit. This is achieved through the measures already described above and in particular below.
  • the electrical network has current limiting devices which are designed as HTS current limiters and work together with a semiconductor switch and / or a circuit breaker, by means of which, in particular, energy sources in the form of electrical energy generation units and / or energy stores can be protected.
  • HTS current limiter By using an HTS current limiter between two subnetworks, it is possible to keep the healthy subnetwork free of a voltage drop in the coupled subnetwork caused by a short circuit. The healthy sub-network can thus remain in operation without interruption and without restarting the connected energy supply facilities and consumers.
  • HTS current limiter acting as primary protection with secondary protection devices which act on the existing conventional mechanical circuit breakers or electronic semiconductor switches, it is also possible to selectively detect the fault or faults in the subnetwork affected by the short circuit.
  • the energy generation, distribution and on-board power supply system is designed, at least in parts, as a standard equipment segment for marine (Navy) ships of different sizes. Standardization of the corresponding components can thus advantageously be achieved become. This leads to considerable cost advantages as well as advantages in the training of personnel, the creation of manuals and operating instructions etc.
  • FIGURE 1 shows the basic concept of the electric drive system according to the present invention
  • FIG. 2 shows the basic concept of the networks of the electric drive system according to the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first embodiment of an electrical network according to the invention for the system
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a second embodiment of an electrical network according to the invention for the system
  • FIG Schematic diagram of an electrical network according to the invention for a frigate
  • FIG. 6 a schematic diagram of an electrical network according to the invention for a corvette
  • FIG. 7 a schematic diagram of an electrical network according to the invention for a speedboat
  • FIGURE 8 is a schematic diagram of an electrical network according to the invention for a large unmanned combat boat and
  • FIGURE 9 is a schematic diagram of a network according to the invention for an unmanned small combat boat.
  • FIGURE 1 shows the drive concept of the electric drive system for ships.
  • the electric drive system has four drives that can be operated independently of one another depending on the operating state, two rudder propeller drives 1 and two redundantly designed water jet drives 2.
  • the following operating states are provided in the electrical drive system for ships shown in FIG. 1:
  • the ship In a speed range of up to 20 kn, or in a low-noise continuous cruise, the ship is only driven and controlled by the two rudder propeller drives 1.
  • the rudder propeller drives 1 have, for example, a drive power of approximately 5 to 10 MW.
  • the electrical energy for the rudder propeller drives 1 and the on-board electrical system is generated silently by fuel cells 7 in this operating state in cooperation with e.g. Diesel reformers are produced, as explained in more detail below.
  • the two redundantly designed water jet drives 4 (twin water jets) with an output of approximately 10 to 20 MW each are switched on.
  • the electrical energy for the water jet drives 4 is generated by two three-phase synchronous generators 6, in particular using HTS technology, each of which is driven by a gas turbine.
  • the power distribution of the thrust required to propel the ship between the rudder propeller drives 1 and the water jet drives 4 takes place according to efficiency-optimized criteria.
  • the rudder propeller drives 1 advantageously obtain their energy from a direct voltage network (SSBL) in a range from DC 1 to. , , , NAB.
  • Inverter units 3 consisting of, for example, HV-IGBT power cards and diode power cards, convert the DC voltage into AC voltage with variable voltage and frequency.
  • Each of the two rudder propeller drives 1 consists of the following components:
  • a rudder propeller in particular designed to be retractable, is advantageously arranged in the bow area and consists of two modules, the azimuth module and the propulsion module. This provides a maneuvering drive that is also suitable as an emergency drive for long-distance journeys.
  • the azimuth module is placed above the waterline on a correspondingly machined flange and screwed and sealed with it. This type of installation is known for azimuth drives under the term "well installation”.
  • the following subsystems belong to the Azimuth module:
  • the propulsion module contains the actual drive, that is, the electric motor-propeller unit.
  • the propulsion module can be divided into the following modules:
  • a synchronous motor consisting of the fixed stator and the rotor connected to the shaft is advantageously used as the electric drive motor for the propeller.
  • This advantageously has windings using HTS technology.
  • the stator is preferably introduced into the underwater housing via a non-positive connection.
  • This connection advantageously a shrink connection, is used to heat the stator into the surrounding seawater.
  • the stator contains a three-phase winding system. The winding ends are led into the connection area via a rail system.
  • the motor is included for monitoring and control
  • the module and engine training described above is known in principle from merchant shipping and is essentially also adopted for marine (Navy) ships.
  • the training of the engine in HTS technology is particularly intended for navy (Navy) ships; a cooling unit is arranged in the shaft for this purpose.
  • the electrical energy is transmitted from the converter 3 located in the ship to the motor located in the rotatable propulsion module via cables and a slip ring unit.
  • the slip ring unit allows unlimited rotary movements.
  • the connections between the converter and slip ring and between the slip ring and the motor connection rail system are implemented with cables and designed to be shock-resistant.
  • the engine is also designed to be shock-resistant for marine vessels.
  • the components of the converter system 3 are combined in a cabinet group and consist of the components power section, control and regulating section, recooling system.
  • the motor of the propeller drive 1 is fed by an inverter unit 3, which is arranged in the ship.
  • the inverter unit 3 generates a voltage regulated in frequency, amplitude and phase position. The voltage form is adapted to the current requirements of the motor and the higher-level control.
  • the inverter units 3 are e.g. SIMAR Drive PWM (Siemens Marine Drive Pulse Width Modulation) used.
  • the inverter units 3 are from the DC voltage network SSBL in the range of DC 1.. , nkV fed.
  • the inverter units 3 are e.g.
  • the associated open-loop and closed-loop control system is fully digital and has modules such as built up from the standard system SIMADYN and / or SIMATIC S7.
  • the control and regulating system of the propeller drives 1 consists e.g. from the following functional groups:
  • TCU Controller-related control and regulation
  • the inverter units 3 are cooled by means of water and contain, for example, a closed water circuit which is filled with deionized water. At these fine water circuit, the IGBT or IGCT modules and diode modules of the inverter units 3 are connected. In the recooling system, the heat loss is transferred to a fresh water circuit in a water-heat exchanger, which can be connected to the ship's fresh water system if required.
  • FIGURE 2 shows the network system of the electric drive system according to FIGURE 1.
  • the main network is used for propelling the ship and consists of a DC network
  • DC 1.. .nkV network and an AC voltage network in the present case e.g. a medium voltage network with 11 kv / 50 Hz or 60 Hz.
  • the DC network is half in the ship security area 1 and 3 (SSB1 and SSB3).
  • the two subnetworks are connected to each other by a transition which is closed in normal operation via corresponding switch positions.
  • the electrical energy for the low-noise operating state is determined by four e.g. 4.5 MW fuel cell modules are provided, each consisting of 30 fuel cells, each with an output of 0.15 MW.
  • the fuel cell modules include, in particular, but not necessarily exclusively, so-called PEM fuel cells, each of which consists of a stack of membrane electrode units and bipolar plates, called stacks, connected in series and are therefore of relatively simple construction. They are shock and vibration resistant and therefore particularly suitable for use on Navy (Navy) ships. Their basic structure is well known from the literature.
  • the energy generation of the direct current network takes place, for example, as already stated, via two 4.5 MW fuel cells 7, which supply the rudder propeller drives 1 with inverter units 3 with electrical energy.
  • the rudder propeller drives have an engine output of 5 to 10 MW, for example.
  • the on-board Network 17 is usually also supplied with electrical energy by the fuel cells 7 via the on-board network intermediate circuit 16 via the direct current network.
  • the fuel cells 7 supply weapon systems of the ship via the direct current network, including high energy pulse or laser weapons as well as drive motors via corresponding converters; in the present case the drive 14 for the transverse thruster or a so-called bow thruster (see FIG. 1).
  • the medium-voltage network designed as an alternating current network is advantageously located in the ship's security area 2 (SSB2) and is powered by two gas turbines / synchronous generator units, each with 16 MW, for example
  • the AC network feeds the water jet drives 2, which are designed as twin water jets.
  • the on-board electrical system intermediate circuit 16 and, via this, the on-board electrical system 17 are supplied with electrical energy by the alternating current network if required, for which purpose the alternating current network is provided with a transformer 8 with a downstream converter 9 (converter) for connection to the on-board electrical system intermediate circuit.
  • This energy bridge plays a special role with regard to the reliability of the electrical system, since it can compensate for the failure of energy generation units.
  • the water jets can very advantageously be started up via this energy bridge without the gas turbine generator sets being put into operation.
  • the electric drive system has a direct current intermediate circuit 16 for coupling the on-board network 17 to the direct current and to the alternating current network.
  • the DC link enables an independent on-board power supply 17 within the three ship protection areas SSB1, SSB2 and SSB3.
  • the subnets in the individual ship protection areas SSB1 and SSB3 are supplied with electrical energy directly from the direct current network via rectifier 10.
  • the rectifiers 10 prevent short circuits from being fed back to the direct current network, so that a reliable energy supply for the propeller drives 1, the weapon systems 15 and the transverse thruster 14 is provided.
  • the on-board electrical system 17 is supplied with electrical energy via the DC link 16.
  • the AC network of the ship's security area 2 has a transformer 8 with feed-back converters 9 for feeding the DC link 16, which is made up of the AC network provided for propelling the water jet drives 2, e.g. a traction network AC llkv / 60 Hz, generates a DC voltage.
  • the transformer 8 ensures galvanic isolation between the AC network and the DC network.
  • the AC network and the DC network are connected to one another via this connection, which is designed such that current can be transferred in both directions.
  • the three direct current networks of the vehicle electrical system 17 are connected to one another by means of transitions which are open in normal operation. In the event of a failure or partial failure of one of the energy generators or their networks intended for the operation of the drives, the supply of the on-board electrical system 17 with electrical energy is ensured by the interconnection operation of the direct current intermediate circuit provided via the transitions.
  • the electrical system 17 in the individual ship protection areas SSB1, SSB2 and SSB3 have an inverter 13 on the input side, which converts the 1st. , nkv DC voltage converted into the vehicle electrical system voltage, i.e. in 3 AC 60 Hz 440 V (according to STANAG 100). At voltages> 1 kv DC, a transformer is interposed between the converter 12 and the AC network of the vehicle electrical system (AC network).
  • Each inverter 12 (converter) of the electrical system 17 has two energy feeds.
  • the main supply comes from the direct current intermediate circuit (on-board electrical system intermediate circuit) 16 of the respective ship protection area SSB.
  • the replacement feed takes place via the transitions from the respective direct current intermediate circuit 16 of the adjacent ship protection area SSB. This ensures a redundant supply to the on-board power supply 17.
  • Rectifier diodes 13 in the respective feed-in advantageously prevent feedback in the direction of the DC link or in the direction of the DC network or the AC network. Furthermore, an uninterrupted load transfer from the main to the alternative supply is advantageously possible.
  • the DC intermediate circuit 16 can be used to switch over the switches for the main and the backup power supply of the respective on-board networks in the ship protection areas SSB1, SSB2 and SSB3 without interruption.
  • energy stores 11 with a direct current output on the part of the electrical system 17 are provided , These are arranged between the input of the inverter 12 and the output of the rectifier diodes 13. Through the rectifier diodes 13 it is advantageously prevented from being fed back to line-side short-circuits, as already explained.
  • the electric drive system according to FIGURES 1 and 2 allows very advantageously both to operate all energy generators simultaneously and to switch on all propulsion components simultaneously.
  • the various propulsion devices can be switched on as required, and the energy generator units can also be used as required.
  • a drive system and at least 66% of the on-board power supply are still operational if there is a hit.
  • the hit can be so serious that only the ship structure remains in its area.
  • the Navy (Navy) ship still remains maneuverable and can move away from the hit location.
  • An electrical network 21, shown by way of example in FIG. 3, is used on board marine (Navy) ships and is likewise subdivided into three ship security areas 22, 23 and 24 in the exemplary embodiment shown.
  • At least one fuel cell unit 25 is provided in each case in the ship securing area 22 and in the ship securing area 24 as the electrical energy generation unit.
  • This fuel cell unit 25 which generates a direct current, feeds electrical energy via a DC / AC converter 26 into an AC main network 27, between the DC / AC converter 26 and the main network 27 a power switch or load switch 28 is provided.
  • two generators 29 are provided as electrical energy generation units, each of which feeds electrical energy into the main network 27 via a power or load switch 28.
  • the main network 27 has a network coupling 30, in which a current limiting device in the form of an HTS current limiter 31, to which a circuit breaker 32 is assigned, is arranged. By means of the network coupling 30, two sub-networks are formed in the ship securing area 23, one of which is assigned to one of the two generators 29.
  • a network transfer 33 is provided, by means of which the main network 27 can be connected or connected across the borders of the ship security areas 22, 23 and 24.
  • An HTS current limiter 31 is also provided in each of the two network transitions 33 shown in FIG. 3, to which a circuit breaker 32 is assigned on the part of both ship protection areas 22, 23 and 23, 24.
  • the ship propulsion units, not shown in this FIGURE, can be supplied with electrical energy from the main network 27. This is done, as can be seen in principle from FIGURE 3, by means of branches 34 which connect the ship drive units, not shown, to the main network 27.
  • the electrical network shown in FIG. 3 includes on-board electrical system intermediate circuits 35, one of which is provided in each ship securing area 22, 23, 24 in the exemplary embodiment shown in FIG. 3.
  • branches 36 are connected to the main network 27 via branches 36, each on-board network intermediate circuit 35 by means of two branches
  • the on-board electrical system intermediate circuit 35 is in the ship securing area 22 by means of a Branch 36 in the ship security area 22 and connected to the main network 27 by means of a further branch 36 in the ship security area 23.
  • the on-board electrical system intermediate circuit 35 in the ship's security area 23 is connected to the main network 27 in the ship's security area 22 by means of a branch 36 and to the main network 27 in the ship's security area 24 by means of a branch 36.
  • the on-board electrical system intermediate circuit 35 in the ship security area 24 is connected to the main network 27 in the ship security area 24 by means of a branch and to the main network 27 in the ship security area 23 by means of a branch 36.
  • each branch 36 by means of which an on-board network intermediate circuit 35 is connected to the main network 27, a semiconductor switch 37 for bidirectional current is arranged, the one
  • Circuit breaker 32 is assigned.
  • an energy store 38 is provided in each on-board electrical system intermediate circuit 35, which is connected to the respective on-board electrical system intermediate circuit 35 via a DC / AC converter 39, which can optionally be equipped with a transformer.
  • the on-board electrical system intermediate circuits 35 are connected to main electrical system groups by means of branches 40, in each of which a circuit breaker 28 is provided, of which consumer branches 42 lead to individual consumers, which are not shown.
  • the electrical network 21 shown by way of example in FIG. 4 has a main DC network which, in accordance with the embodiment shown in FIG. 3, is likewise subdivided into the three ship securing areas 22, 23, 24.
  • a DC / DC converter or DC / DC step-up converter 43 is assigned to the fuel cell unit 25, via which the fuel cell units 25 supply electrical energy to the DC 1. , Feed in the nkv main network 27. Accordingly, the two are in the middle
  • Generators 29 provided on the ship's security area 23 are connected to the main network 27 via AC / DC converters or rectifiers 44. concluded.
  • a power switch 28 is also assigned to each electric power generation unit 25, 29.
  • the configuration of the main network 27 with the network coupling 30 provided in the ship securing area 23 and the two network transitions 33 between the ship securing area 22 and the ship securing area 23 or ship securing area 23 and the ship securing area 24 corresponds to that of the electrical network 21 shown in FIG. 3.
  • the ship propulsion units which are not shown in FIG. 4, are supplied with electrical energy from the main network 27 via the branches 34.
  • the two branches 34 which are arranged in the ship securing area 22 and in the ship securing area 24 and lead to the ship propulsion units, are provided with semiconductor switches 45 for unidirectional current, each of which is assigned a circuit breaker 32.
  • the three on-board electrical system intermediate circuits 35 are also supplied with electrical energy from the DC main network 27.
  • the on-board electrical system intermediate circuit 35 in the ship security area 22 is connected via a branch 36 to the main network 27 in the ship security area 22 and via a branch 36 to the main network 27 in the ship security area 23.
  • a semiconductor switch 45 for unidirectional current in combination with a circuit breaker 32 and a diode 46 is arranged in each of these two branches 36, the diode 46 being an optional component which is used to decouple the lines between different ship protection areas in the event of a fault - case serves.
  • the on-board electrical system intermediate circuit 35 in the ship's security area 23 is also connected to the main network 27 in the ship's security area 22 and in the ship's security area 24 via two branches 36 configured as described above.
  • the on-board electrical system intermediate circuit 35 in the ship security area 24 is made up of two as described above. designed branches 36 connected to the main network 27 in the ship security area 23 and in the ship security area 24.
  • the on-board electrical system intermediate circuits 35 in the ship securing areas 22, 23, 24 are each assigned an energy store 38, which is charged or discharged via a semiconductor switch 45 for unidirectional current.
  • the on-board electrical system intermediate circuit 35 of each ship protection area 22, 23, 24 is connected via a branch 40 to three AC 440 V 3 ⁇ 60 Hz main electrical system groups 41, with a DC / AC converter or buck converter 47 in connection with a circuit breaker 28 in each branch 40 is arranged.
  • the individual consumers are supplied with electrical energy from the main electrical system groups 41 via the load feeders 42.
  • the sub-networks arranged in the different ship securing areas 22, 23, 24 are coupled to one another in a suitable manner.
  • the short-circuit current component from the ship's security area 23 is limited by the HTS current limiter 31 in the network transition 33 between the ship's security area 22 and the ship's security area 23; only the limited current flows through this network transfer 33 between the ship's safety area 22 and the ship's safety area 23, the ship's safety area 23 and the ship's safety area 24 remaining without any noticeable voltage drop.
  • the additional amount of the limited current must be taken into account in the selective protection of the generator switch, that is, if necessary via current through the generator switch. The corresponding is known to the person skilled in the art.
  • the semiconductor switches 37 and 45 in the two branches 36 By means of the semiconductor switches 37 and 45 in the two branches 36, by means of which the on-board electrical system intermediate circuit 35 is connected to the main network 27 in the first ship securing area. is closed, a selective branch shutdown is possible; if the voltage drop can be kept short, the main network 27 can optionally also be maintained in the ship protection area 22.
  • the network transition 33 between the ship's security area 22 and the ship's security area 23 is switched off in an emergency; it can be switched on again immediately after the faulty branch has been clarified by means of the semiconductor switches 37 or 45.
  • Each HTS current limiter 31 has a non-measurable, negligibly small electrical resistance in the superconducting state. In the case of a current that is above the rated current, the electrical resistance of the HTS current limiter 31 increases suddenly until its superconducting state changes to its normal conducting state. The HTS current limiter or its superconductor then assumes a finite resistance until it is cooled back down.
  • the HTS current limiter is used in a power network. 31, as in the exemplary embodiments described above, used in conjunction with a galvanically isolating element with breaking capacity; in the case of the exemplary embodiments, the circuit breaker 32 is provided as such. It may also be possible to use load switches here.
  • the exemplary embodiments of the electrical network 21 according to the invention shown in FIGS. 3 and 4 are ship networks which perform the sovereign tasks not only on navy (Navy) ships, but also on coast guard boats, fishery protection boats, that is to say on all possible ships carry out on the high seas and possibly shot at, can be used.
  • FIGURE 4 specified combination of AC and DC networks.
  • fuel cells, gas turbine sets and diesel generator sets can be used as electrical power generation units.
  • the energy stores 38 can be designed, for example, in the form of batteries, capacitors, flywheel generators, superconducting magnetic energy stores etc., all of the energy stores mentioned in the case of the preferred variant shown in FIG. 4 having in common that
  • Semiconductor switch 45 must be switched on for the reserve energy feed to the assigned consumer level.
  • different voltage levels preferably for transmission powers, are possible, each of which depends on the area of application and task of the ship to be equipped.
  • the ship's network has an earthing and potential system, which is implemented according to one of the variants according to VDE DIN or IEC; the ship's network preferably has an isolated star point in the case of AC medium or low voltage, an isolated system (IT network) also being possible for DC voltage networks.
  • the isolated system is preferred because an earth fault in one phase does not immediately lead to a short-circuit fault.
  • the HTS current limiters can or the like on energy sources, for example on generators, batteries, fuel cells. be arranged, but they should preferably be arranged in couplings or transitions.
  • the semiconductor switches can also be arranged on energy sources, for example generators, batteries, fuel cells, in couplings or transitions;
  • energy sources for example generators, batteries, fuel cells, in couplings or transitions;
  • semiconductor switches of this type can preferably be arranged in branches with a unidirectional current direction, and they are dimensioned such that selective protection can be implemented.
  • FIGURES 5 to 9 show the different configurations of the system as a function of the ship sizes of the different naval ships.
  • FIGURE 5 shows a network and drive design of a frigate
  • FIGURE 6 the network and the drive concept of a corvette
  • FIGURE 7 the network and the drive concept of a speed boat
  • FIGURE 8 shows the network and drive concept of an unmanned combat boat in a larger form
  • FIGURE 9 shows the network and drive concept of a smaller unmanned combat boat.
  • 51 designates energy generation with fuel cell systems
  • 52 energy generation with gas turbine generators (optionally also with diesel generators) and 53 the traction network that is connected to the fuel cell
  • 54 the traction network that is connected to the gas turbine generator
  • 55 denotes the cruise drives
  • 56 the maximum drives and 57 an auxiliary drive
  • 58 denotes the weapon systems and 59 the E-works for low voltage.
  • the individual units are each arranged in ship protection areas, which are designated SSBl, SSB2, SSB3 and SSB4. In principle, these are the divisions already described above, which are described with the details described in FIGS. 3 and 4. components are provided.
  • FIGS. 5 to 9 show particularly advantageous configurations, but it is understood by the person skilled in the art that different configurations which make use of the basic principles of the invention should also be included in the protection.
  • HTS inboard motors are advantageously designed with very short propeller shafts, i.e. the motors are arranged in the area in which the shaft tunnels are located on conventionally equipped ships. In this way, the low weights and dimensions of the electric motors using HTS technology can be used to great advantage.
  • the water jet drives can be omitted or replaced by special propeller drives.

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Abstract

Energieerzeugungs-, Verteilungs- und Bordstromversorgungssystem für emissionsarme Überwasser-Marine(Navy)-Schiffe unterschiedlicher Klassen und Grössen, ausgebildet als Ausrüstungssegment, mit wenigstens einem aus einem Gleichstromnetzwerk mit elektrischer Energie versorgbaren Marschfahrtantrieb, z.B. einem elektrischen Ruderpropellerantrieb und mit wenigstens einem aus einem Wechselstromnetzwerk mit elektrischer Energie versorgbaren Zusatzantrieb, z. B. einem Wasserstrahlantrieb, welcher bedarfsweise zuschaltbar ist, wobei das Gleichstrom- und das Wechselstromnetzwerk derart ausgebildet sind, dass eine wechselseitige Energieübergabe erfolgen kann.

Description

Beschreibung
Energieerzeugungs-, Verteilungs- und Bordstromversorgungssystem für emissionsarme Überwasser-Marine (Navy) -Schiffe unter- schiedlicher Klassen und Größen
Die Erfindung betrifft ein Energieerzeugungs-, Verteilungsund Bordstromversorgungssystem für emissionsarme Überwasser- Marine (Navy) -Schiffe unterschiedlicher Klassen und Größen mit wenigstens einem vorzugsweise aus einem Gleichstromnetzwerk mit elektrischer Energie versorgbaren Marschfahrtantrieb, z.B. einem elektrischen Ruderpropellerantrieb und mit wenigstens einem aus einem Wechselstromnetzwerk mit elektrischer Energie versorgbaren Zusatzantrieb, z.B. einem Wasserstrahl- antrieb, welcher bedarfsweise zuschaltbar ist, wobei das
Gleichstrom- und das Wechselstromnetzwerk derart ausgebildet sind, dass eine wechselseitige Energieübergabe erfolgen kann.
Herkömmlich werden auf Marine (Navy) -Schiffen zur Erzeugung elektrischer Energie elektrisch erregte Synchrongeneratoren verwendet, welche von Dieselmotoren oder Gasturbinen angetrieben werden. Die Energieübertragung erfolgt in Wechselstromtechnik. Der Antrieb erfolgt mittels Dieselmotoren, Gasturbinen, Elektromotoren oder mittels einer Kombination der- selben, wobei die Motoren über eine Welle einen oder mehrere Propeller antreiben und für den Vortrieb des Schiffes sorgen. Dabei werden sowohl Festpropeller als auch Verstellpropeller eingesetzt. Üblicherweise werden die Energieerzeugungsaggre¬ gate etwa Mittschiffs angeordnet. Ein Beispiel für herkömmli- ehe Technik bietet die HNLMS ,LPD Rotterdam" der Königlichen Marine der Niederlande. Dieses Schiff ist ausgerüstet mit vier Generator-Dieselsätzen, die auf zwei Hauptschalttafeln geschaltet sind. Der Vortrieb erfolgt über vier Elektromotoren, von denen je zwei Motoren über Untersetzungsgetriebe auf eine Welle wirken. Zwei Motoren sind aus Redundanzgründen über Kreuz auf die jeweils andere Mittelspannungsschalttafel geschaltet . Von Nachteil bei den bisher bekannten AntriebsSystemen ist, dass diese nicht weitgehend emissionsfrei gestaltbar sind, also eine hohe Infrarotsignatur und elektromagnetische Signatur aufweisen. Darüber hinaus ist nachteilig, dass die bisher bekannten Antriebssysteme durch den Treffer nur eines Flugkörpers, z.B. einer mittelgroßen Rakete in das Mittelschiff, außer Gefecht gesetzt werden können.
Der Erfindung liegt in Anbetracht des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Energieerzeugungs-, Ver- teilungs- und Bordstromversorgungssystem anzugeben, das leicht an unterschiedlichste, auch emissionsfreie Betriebszu- stände anpassbar ist und bei Ausfall von Teilbereichen seiner elektrischen Energieversorgungsnetze funktionsfähig gehalten werden kann. Dabei soll insbesondere berücksichtigt werden, dass moderne Marine (Navy) -Schiffe zwei unabhängig voneinander funktionsfähige Propulsionseinrichtungen, z.B. einen POD im Heck und einen Wasserstrahlantrieb Mittschiffs aufweisen. Ein Beispiel zeigt die WO 02/057132 AI.
Darüber hinaus soll auch die Aufteilung des Schiffes in ! I
Schiffssicherungsabschnitte bzw. -bereiche berücksichtigt werden, wobei auch der Ausfall von einem oder zwei Schiffssicherungsabschnitten die Funktionsfähigkeit des Schiffes nicht so wesentlich beeinträchtigen soll, dass sich das Schiff nicht vom Trefferort entfernen und seine Aufgabe zumindest teilweise erfüllen kann. Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass das erfindungsgemäße Energieerzeugungs-, Vertei- lungs- und Bordstromversorgungssystem zumindest ein Gleich- stromnetzwerk und ein Wechselstromnetzwerk aufweist, die derart ausgebildet sind, dass eine wechselseitige Energieübergabe erfolgen kann. Dabei sind das Gleichstromnetzwerk einem POD-Antrieb oder einem Innenbordelektroantrieb, insbesondere mit HTS-Motor, und das Wechselstromnetzwerk einem elektri- sehen Zusatzantrieb, z.B. einem Wasserstrahlantrieb, insbesondere durch einen HTS-Motor angetrieben, zugeordnet. Hier- durch ergibt sich eine Antriebs-Redundanz, die die bisherigen Antriebs-Redundanzen bei weitem übertrifft .
In Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass das Gleichstromnetzwerk wenigstens ein Brennstoffzellenmodul zur Erzeugung elektrischer Energie aufweist, insbesondere ein Brennstoffzellenmodul, das zumindest teilweise Reformerwasserstoff verbraucht. Durch den Einsatz eines Brennstoffzellenmoduls das Gleichstrom erzeugt, ergibt sich eine weitge- hend emissionsarme Marschfahrt, da nur die Abluft und die Abgase aus dem Reformer erzeugt werden und die sonst übliche Abgasfahne entfällt. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Abluft und die Abgase des Reformers über Injektoren in das Umgebungswasser des Schiffes eingedrückt werden, wodurch sie sich einer horizontalen Infrarotortung entziehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellenmodul aus miteinander verschalteten, luftatmenden Brennsto fzellen besteht, insbesondere aus Brennstof zellen mit unterschiedlicher Dynamik. So ergibt sich eine BrennstoffZellenausführung, die für den Bordbetrieb und die Marschfahrt besonders geeignet ist und für die kein reiner Sauerstoff an Bord mitgeführt oder erzeugt werden muss .
Es wird dabei sehr vorteilhaft von den besonderen Vorteilen von Brennstoffzellen Gebrauch gemacht, die sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad, ein gutes Teillastverhalten, niedrige Emissionen sowie äußerst geringe Geräuschentwicklun- gen auszeichnen und die sich sowohl für dezentrale als auch für zentrale Anwendungen, wie sie für das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem für Schiffe gegeben sind, eignen.
In einer konkreten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Gleichstromnetzwerk vorzugsweise mehrere Brennstof zellenmodule mit jeweils etwa 1 MW bis 10 MW auf, wobei jedes Brennstoffzellenmodul vorzugsweise aus vielen miteinan- der verschalteten Brennstoffzellen mit vorzugsweise 0,1 MW bis 0,3 MW, insbesondere 0,12 bis 0,15 MW, variabel zusammengesetzt ist.
Brennstoffzellen sind in vielen unterschiedlichen Ausführungen und mit vielen unterschiedlichen Arbeitstemperaturen arbeitend bekannt, so dass aus den vielen unterschiedlichen Typen Brennstoffzellenblöcke zusammengesetzt werden können, die den unterschiedlichen dynamischen Anforderungen an Bord von Marine (Navy) -Schiffen entsprechen, wobei die Niedrigtemperaturbrennstoffzellen, die eine hohe Dynamik aufweisen, vorteilhaft für eine wechselnde, dynamische Belastung des Gleichstromnetzwerkes und die Hochtemperaturbrennstoffzellen, die eine geringe Dynamik aufweisen, vorteilhaft für die Grundlast des Gleichstromnetzwerkes eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß sind die Brennstoffzellen mit einem Reaktionsgas aus einem Reformer, insbesondere Diesel-, Methanol-, Leichtbenzin- und/oder Erdgasreformer und mit Luft betreib- bar. Beim Betrieb mit Luft enthält die Sauerstoffseite der Brennstoffzellen etwa 21% Sauerstoff. Beim Betrieb mit dem
Reaktionsgas aus einem Reformer, dem sogenannten Reformergas, enthält die Wasserstoffseite der Brennstoffzelle Beimischungen von Stickstoff oder Kohlendioxid. Daraus folgt, dass die PEM-Brennstoffzellen, wie sie für hochdynamische Anforderungen erfindungsgemäß eingesetzt werden, sowohl auf der Sauerstoffseite als auch auf der Wasserstoffseite nicht mehr dead- ended ausgeführt werden.
In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung weist das
Wechselstromnetzwerk wenigstens einen von einer Gasturbine angetriebenen Synchrongenerator, z.B. in HTS-Technik, zur Erzeugung elektrischer Energie auf.
Vorteilhafterweise sind das Gleichstrom- und das Wechselstromnetzwerk ein 1 kV- bis 15 kV-Netzwerk. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung versorgen das Gleichstromnetzwerk und das Wechselstromnetzwerk das Bordnetzwerk des Schiffes mit elektrischer Energie. Vorteilhafterweise weist das elektrische AntriebsSystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen Gleichstromzwischenkreis zur Ankopplung des Bordnetzwerkes an das Gleich- und an das Wechselstromnetzwerk auf. Vorteilhafterweise erfolgt die Energieübertragung sowohl vom Gleichstromnetzwerk als auch von Wechselstromnetzwerk zu dem Gleichstromzwischenkreis und damit zu dem Bordnetzwerk über Gleichstromleitungen. So ist eine einfache wechselseitige Energieübergabe je nach Bedarf in den beiden Netzen möglich. Seitens des Wechselstromnetzwerkes werden dazu Wechselstrom-/Gleichstrom-Umformer eingesetzt .
Seitens des elektrischen Bordnetzes sind in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Umformer eingesetzt, die die dem Bordnetz zur Verfügung gestellte elektrische Energie in passende Wechselspannung umformen, da in der Regel über das Bordnetzwerk zu versorgende Verbraucher Wechselstromverbraucher sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ansteuerung der Baugruppen und Komponenten des AntriebsSystems und der Datenaustausch mittels Glasfaserleitungen, die in ausfallsicher konfigurierter Form angeordnet sind. Ebenso wie bei den Energieversorgungsleitungen können dabei sowohl Ringe als auch sternförmige Konfigurationen gewählt werden.
Vorteilhafterweise sind mehrere Brennstoffzellenmodule im Schiff oder Boot verteilt angeordnet. Dadurch lassen sich Schalt- und Steuergeräte des Schiffs oder Boots auf einfachste Art und Weise anschließen und miteinander verschalten. Insbesondere bei Marine (Navy) -Schiffen ist im Falle eines
Treffers die elektrische Energieversorgung aufrecht erhaltbar und gesichert. Insgesamt entsteht durch die Erfindung ein sehr überlebensfähiges Schiff, dessen elektrische Ausrüstung variabel auf alle Situationen, die nach Treffern auftreten können, reagieren kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist sehr vorteilhaft vorgesehen, dass das Netz in dem Energieerzeugungs-, Vertei- lungs- und Bordstromversorgungssystem Strombegrenzungsgeräte aufweist, die als HTS (hochtemperatursupraleitende) - Strombegrenzer und/oder Halbleiterschalter ausgebildet sind und mittels derer die Rückwirkung von Spannungseinbrüchen im Kurzschlussfall auf nicht betroffene Teilnetze auf eine Zeitspanne im niedrigen Millisekundenbereich, insbesondere <lms begrenz- und damit derartige Spannungseinbrüche auf das jeweils betroffene Teilnetz beschränkbar sind.
Die Netze von Marine (Navy) -Schiffen sind naturgemäß als Inselnetze ausgeführt, die durch mindestens zwei Generatoren, Brennstoffzellenanlagen oder auch Hochleistungsbatterien oder Kombinationen davon gespeist werden. Zu ihnen gehören elekt- rische Verteileranlagen mit teilweise hohen Betriebsströmen, da häufig Niederspannungsschaltanlagen <lkV eingesetzt werden. An die elektrischen Anlagen derartiger Netze werden im Falle eines Kurzschlussereignisses hohe thermische und dynamische Anforderungen gestellt.
Bedingt durch die Gestaltung des elektrischen Schutzkonzeptes ist nach Treffern mit Spannungseinbrüchen zu rechnen, welche bis zum Blackout des elektrischen Netzes führen können. Das bedeutet, dass in bestimmten Situationen auch die Generator- Schalter auslösen. In einem vollelektrischen Schiff, und um ein solches handelt es sich bei dem Marine (Navy) -Schiff definitionsgemäß, hat dies die Manövrierunfähigkeit zur Folge, da die Schiffsantriebe dann nicht mehr versorgt werden können; dies kann bis zum Verlust des Schiffes führen und ist auf je- den Fall zu vermeiden. Insbesondere im Fall von Marine (Navy) -Schiffen treten häufig multiple Fehler auf, z.B. im Falle eines oder mehrerer Treffer nach Feindberührung, z.B. durch Lenkflugkörper, bei dem bzw. bei denen verschiedene Abschnitte bzw. Schalttafeln be- troffen sind, deren Vorhersage nicht möglich ist, um entsprechende manuelle oder automatische Umschaltungen vornehmen zu können.
Durch Spannungseinbruch im gesamten elektrischen Netz kommt es dann zur Beeinflussung des elektronischen Equipments der Automatisierungs- und Steuerungstechnik im Bereich von einigen 10 bis hin zu einigen 1000 ms, z.B. kann die Reaktionszeit im Hauptbereich zwischen 0,03 und 6 sec betragen. Sofern das elektronische Equipment nicht unterbrechungsfrei, z.B. über Static Transfer Switch von einer Batterie über Wechselrichter gespeist, versorgt ist, kommt es zum Ausfall des elektronischen Equipments, was einen Wiederstart beispielsweise der Betriebssysteme erfordert, welcher weitere Zeit in Anspruch nimmt. Nach einem Treffer sind also sofortige Um- Schaltungen nicht nur für die Energieleitungen sondern auch für das elektronische Equipment erforderlich.
Aus dem Stand der Technik sind die im folgenden angegebenen Maßnahmen bekannt, mittels derer die Verfügbarkeit und die Ausfallsicherheit des derart gestalteten elektrischen Netzes erhöht werden kann. Die Elektroenergieerzeugungseinheiten sowie die Verbrauchereinheiten werden auf unterschiedliche Schiffssicherungsabschnitte aufgeteilt. Einzelne Schaltlagenabschnitte sind durch Kupplungen, die direkt in einer Schalt- anläge in einem Feld als Leistungsschalterfeld angeordnet sind, oder Überleitungen, bei denen in jeder Schaltanlage ein Leistungsschalter vorgesehen ist, die mit einer Kabelstrecke verbunden sind, miteinander verbunden.
Die elektrischen Netze sind als Ringnetze oder Strahlennetze mit zum Teil hohem Vermaschungsgrad ausgebildet, wobei Um- schaltungseinrichtungen, z.B. in Form automatischer Schnell- umsehaltungen, vorgesehen sind, um den Redundanzanforderungen im geplanten Betrieb gerecht zu werden. Die bekannten Maßnahmen sind jedoch unter Umständen nicht ausreichend.
Vorteilhaft soll erfindungsgemäß auch beim Auftreten von Kurzschlussfällen jedwede Beschädigung der elektronischen Ausrüstung automatisierungs- und steuerungstechnisch zuverlässig ausgeschlossen werden. Dies wird durch die bereits vorstehend und insbesondere nachfolgend geschilderten Maßnah- men erreicht.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das elektrische Netz Strombegrenzungsgeräte aufweist, die als HTS-Strombegrenzer ausgebildet sind und mit einem Halbleiterschalter und/oder einem Leistungsschalter zusammenarbeiten, mittels denen insbesondere Energiequellen in Form von Elektroenergieerzeugungseinheiten und/oder Energiespeichern schützbar sind.
Durch den Einsatz eines HTS-Strombegrenzers zwischen zwei Teilnetzen ist es möglich, das gesunde Teilnetz rückwirkungsfrei von einem durch einen Kurzsehluss verursachten Spannungseinbruch im gekuppelten Teilnetz frei zu halten. Das gesunde Teilnetz kann damit ohne Unterbrechung und ohne Wieder- hochlauf der daran angeschlossenen Energieversorgungseinrich- tungen und -Verbraucher in Betrieb bleiben. Durch Zusammenwirken des als Primärschutz wirkenden HTS-Strombegrenzers mit Sekundärschutzeinrichtungen, welche auf die vorhandenen konventionellen mechanischen Leistungsschalter oder elektronischen Halbleiterschalter wirken, ist es möglich, auch im vom Kurzsehluss betroffenen Teilnetz den oder die Fehler selektiv zu erfassen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Energieerzeugungs-, Verteilungs- und Bordstromversorgungssystem zumindest in Tei- len als Standardausrüstungssegment für Marine (Navy) -Schiffe unterschiedlicher Größe ausgebildet ist. So kann vorteilhaft eine Standardisierung der entsprechenden Komponenten erreicht werden. Dies führt einmal zu erheblichen Kostenvorteilen als auch zu Vorteilen bei der Einarbeitung von Personal, der Erstellung von Handbüchern und Bedienungsanleitungen etc..
Das gleiche gilt auch, wenn als Marschfahrtantriebe Standard- POD-Ant iebe verwendet werden bzw. wenn Standard HTS-Motoren- oder Generatoren verwendet werden. Insgesamt ergibt sich so eine Ausrüstung von Marine (Navy) -Schiffen, die sowohl die Standkraft als auch die Bedienung, Wartung und Instandhaltung der Marine (Navy) -Schiffe erheblich verbessert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten beispielhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert, die ebenso wie die An- sprüche weitere, auch erfindungswesentliche, Einzelheiten enthalten.
Es zeigen:
FIGUR 1 das prinzipielle Konzept des elektrischen Antriebs- Systems gemäß der vorliegenden Erfindung,
FIGUR 2 das prinzipielle Konzept der Netzwerke des elektrischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, FIGUR 3 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungs- form eines erfindungsgemäßen elektrischen Netzes für das System, FIGUR 4 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Netzes für das System, FIGUR 5 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Netzes für eine Fregatte, FIGUR 6 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Netzes für eine Korvette, FIGUR 7 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Netzes für ein Schnellboot, FIGUR 8 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Netzes für ein großes unbemanntes Kampfboot und
FIGUR 9 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Netzes für ein unbemanntes kleines Kampfboot.
FIGUR 1 zeigt das Antriebskonzept des elektrischen Antriebssystems für Schiffe. Das elektrische Antriebssystem weist vier in Abhängigkeit des Betriebszustandes voneinander unab- hängig betreibbare Antriebe auf, zwei Ruderpropellerantriebe 1 und zwei redundant ausgebildete Wasserstrahlantriebe 2. Bei dem in FIGUR 1 dargestellten elektrischen Antriebssystem für Schiffe sind folgende Betriebszustände vorgesehen:
In einem Geschwindigkeitsbereich bis zu 20 kn, bzw. in geräuscharmer Dauermarschfahrt, wird das Schiff nur von den beiden Ruderpropellerantrieben 1 angetrieben und gesteuert . Die Ruderpropellerantriebe 1 weisen beispielsweise eine Antriebsleistung von etwa 5 bis 10 MW auf. Die elektrische Energie für die Ruderpropellerantriebe 1 und das Bordnetz wird für diesen Betriebszustand geräuscharm von Brennstoffzellen 7 in Zusammenwirken von z.B. Dieselreformern erzeugt, wie nachfolgend noch näher erläutert.
In einem Geschwindigkeitsbereich von über 20 kn werden die beiden redundant ausgebildeten Wasserstrahlantriebe 4 (Twin- Waterjets) mit einer Leistung von je etwa 10 bis 20 MW zugeschaltet. Die elektrische Energie für die .Wasserstrahlantriebe 4 wird von zwei Drehstrom-Synchrongeneratoren 6, insbeson- dere in HTS-Technik ausgebildet, welche von je einer Gasturbine angetrieben werden, erzeugt.
Die Leistungsverteilung der zum Vortrieb des Schiffes benötigten Schubleistung zwischen den Ruderpropellerantrieben 1 und den Wasserstrahlantrieben 4 (Twin-Waterjets) erfolgt nach wirkungsgrad-optimierten Gesichtspunkten. Die Ruderpropellerantriebe 1 beziehen ihre Energie vorteilhaft aus einem Gleichspannungsnetz (SSBl) , in einem Bereich von DC 1 bis . . . . nkV. Wechselrichtereinheiten 3, bestehend aus z.B. HV-IGBT-Power-Cards und Dioden-Power-Cards for- men die Geichspannung in Wechselspannung mit variabler Spannung und Frequenz um. Jeder der beiden Ruderpropellerantriebe 1 besteht aus folgenden Komponenten:
- Stromversorgungsschrank - Umrichter-Schrankgruppe mit Leistungsteil, Steuer und Regelteil, Rückkühlanlage
- Azimuth-Steuerung
- Azimuth-Antrieb
- Ruderpropeller
Darüber hinaus ist vorteilhaft ein Ruderpropeller , insbesondere einziehbar ausgebildet, im Bugbereich angeordnet und besteht aus zwei Modulen, dem Azimuth-Modul und dem Propulsi- ons-Modul. Damit ist ein Manövrierantrieb bereitgestellt, der auch als Notantrieb für Langstreckenfahrten geeignet ist.
Das Azimuth-Modul wird oberhalb der Wasserlinie auf einen entsprechend bearbeiteten Flansch aufgesetzt und mit diesem verschraubt und abgedichtet. Diese Einbauart ist für azimut- hierende Antriebe unter dem Begriff "Brunneneinbau" bekannt. Zum Azimuth-Modul gehören folgende Teilsysteme:
- Elektro-hydraulisches Steuerungssystem
- Schwenklager - Tragkegel
- Hilfsbetriebe Propulsions-Modul
- Übertragereinheit Haupt- und Hilfsenergie sowie Signal- Übertragung
- Schaltkasten Das Propulsions-Modul enthält den eigentlichen Antrieb, das heißt, die Elektromotor-Propeller-Einheit. Das Propulsions- Modul lässt sich in folgende Baugruppen gliedern:
- E-Motor, z.B. Synchronmotor mit HTS-Läufer
- Membrankupplungen
- Propellerwelle
- Propeller
- Propellerwellenlagerung - Propellerwellenabdichtung
- Propellerwellenbremse
- Unterwassergehäuse
- Schaft
Als elektrischer Antriebsmotor für den Propeller wird vorteilhaft ein Synchronmotor eingesetzt, bestehend aus dem feststehenden Stator und dem mit der Welle verbundenen Rotor. Dieser weist vorteilhaft Wicklungen in HTS-Technik auf. Der Stator ist in das Unterwassergehäuse vorzugsweise über eine kraftschlüssige Verbindung eingebracht. Über diese Verbindung, vorteilhaft eine Schrumpfverbindung, erfolgt die Ent- wärmung des Stators in das umgebende Seewasser. Der Stator enthält ein dreiphasiges Wicklungssystem. Die Wicklungsenden werden über ein Schienensystem in den Anschlussbereich ge- führt. Zur Überwachung und zur Steuerung ist der Motor mit
Sensoren ausgestattet. Die vorstehend beschriebene Modul- und Motorausbildung ist im Prinzip aus der Handelsschifffahrt bekannt und wird im wesentlichen auch für Marine (Navy) -Schiffe übernommen. Für Marine (Navy) -Schiffe ist dabei insbesondere die Ausbildung des Motors in HTS-Technik vorgesehen; hierfür wird im Schaft ein Kälteaggregat angeordnet.
Die elektrische Energie wird vom im Schiff befindlichen Stromrichter 3 zu den im drehbaren Propulsions-Modul befind- liehen Motor über Kabel und eine Schleifringeinheit übertragen. Die Schleifringeinheit erlaubt unbegrenzte Drehbewegungen. Die Verbindungen zwischen Stromrichter und Schleifring sowie zwischen Schleifring und Motoranschluss-Schienensystem sind mit Kabeln realisiert und schockfest ausgebildet. Auch der Motor ist vorteilhaft für Marine (Navy) -Schiffe schockfest ausgebildet .
Die Komponenten der Umrichteranlage 3 sind in einer Schrankgruppe zusammengefasst und bestehen aus den Komponenten Leistungsteil, Steuer- und Regelteil, Rückkühlanlage. Der Motor des Propellerantriebs 1 wird durch eine Wechselrichtereinheit 3 gespeist, die im Schiff angeordnet ist. Die Wechselrichtereinheit 3 erzeugt eine in Frequenz, Amplitude und Phasenlage geregelte Spannung. Die Spannungsform wird jeweils dem aktuellen Bedarf des Motors und der übergeordneten Steuerung an- gepasst. Bei dem in FIGUR 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des elektrischen Antriebssystems werden als Wechselrichtereinheiten 3 z.B. SIMAR Drive PWM (Siemens Marine Drive Puls Width Modulation) eingesetzt. Die Wechselrichtereinheiten 3 werden aus dem Gleichspannungsnetz SSBl im Bereich von DC 1. . . nkV gespeist. Die Wechselrichtereinheiten 3 bestehen z.B. aus HV-IGBT- oder IGCT-Power Cards und Dioden Power Cards und sind in einem Schranksystem aufgebaut . Sie ermöglichen einen Vier-Quadranten-Betrieb der Propellerantriebe 1. Damit ist ein Betrieb in beiden Richtungen möglich. Das zugehörige Steuer- und Regelsystem ist voll digital ausgebildet und mit Baugruppen z.B. aus dem Standardsystem SIMADYN und/oder SIMATIC S7 aufgebaut.
Das Steuer- und Regelsystem der Propellerantriebe 1 besteht z.B. aus folgenden Funktionsgruppen:
- Umrichternahe Steuerung und Regelung (TCU) , integriert im Leistungsteil,
- Schiffsspezifische Steuerung und Regelung
Die Wechselrichtereinheiten 3 werden mittels Wasser gekühlt und enthalten z.B. einen geschlossenen Wasserkreislauf, welcher mit entionisiertem Wasser gefüllt ist. An diesen Fein- wasserkreis sind die IGBT- oder IGCT-Module und Dioden-Module der Wechselrichtereinheiten 3 angeschlossen. In der Rückkühlanlage wird die Verlustwärme in einem Wasser-Wärme-Tauscher an einen Frischwasserkreislauf abgegeben, welcher bei Bedarf an das Frischwassersystem des Schiffes angeschlossen werden kann.
FIGUR 2 zeigt das Netzsystem des elektrischen AntriebsSystems gemäß FIGUR 1. Das Hauptnetz wird für den Vortrieb des Schif- fes verwendet und besteht aus einem Gleichspannungsnetzwerk
DC 1. . .nkV-Netz und einem Wechselspannungsnetzwerk, vorliegend z.B. ein Mittelspannungsnetz mit 11 kv/50 Hz oder 60 Hz. Das Gleichstromnetzwerk befindet sich je zur Hälfte im Schiffssicherungsbereich 1 und 3 (SSB1 und SSB3) . Die beiden Teilnetze sind durch eine Überleitung miteinander verbunden, welche im Normalbetrieb über entsprechende Schalterstellungen geschlossen gefahren wird.
Die elektrische Energie für den geräuscharmen Betriebszustand wird durch vier z.B. 4,5 MW Brennstof zellen-Module bereitgestellt, die jeweils aus beispielsweise 30 Brennstoffzellen mit je 0,15 MW Leistung bestehen. Die Brennstoffzellen-Module umfassen insbesondere, jedoch nicht unbedingt ausschließlich, sogenannte PEM-Brennstoffzellen, die jeweils aus einem Stapel in Reihe geschalteter Membranelektrodeneinheiten und Bipolarplatten, Stacks genannt, bestehen und insofern verhältnismäßig einfach aufgebaut sind. Sie sind schock- und rüttelfest ausführbar und daher besonders für den Einsatz auf Marine (Navy) -Schiffen geeignet. Ihr prinzipieller Aufbau ist aus der Literatur gut bekannt.
Die Energieerzeugung des Gleichstromnetzwerkes erfolgt beispielsweise, wie bereits ausgeführt, über je zwei 4,5 MW- Brennstoffzellen 7, die die Ruderpropellerantriebe 1 über Wechselrichtereinheiten 3 mit elektrischer Energie versorgen. Die Ruderpropellerantriebe haben dabei beispielsweise eine Motorleistung von 5 bis 10 MW. Darüber hinaus wird das Bord- netz 17 in der Regel über den Bordnetzzwischenkreis 16 ebenfalls seitens der Brennstoffzellen 7 über das Gleichstromnetzwerk mit elektrischer Energie versorgt.
Wie in FIGUR 2 des weiteren zu erkennen, versorgen die Brennstoffzellen 7 über das Gleichstromnetzwerk Waffensysteme des Schiffes, darunter auch High Energy Puls oder Laser Waffen sowie über entsprechende Umformer Antriebsmotoren; vorliegend den Antrieb 14 für das Querstrahlruder bzw. einen sogenannten Bow Thruster (vergl. FIGUR 1).
Das als Wechselstromnetzwerk ausgebildete Mittelspannungsnetz befindet sich vorteilhaft im Schiffssicherungsbereich 2 (SSB2) und wird durch zwei Gasturbinen/Synchrongenerator- Aggregate mit beispielsweise jeweils 16 MW mit elektrischer
Energie versorgt. Das Wechselstromnetzwerk speist die Wasserstrahlantriebe 2, welche als Twin-Waterjets ausgebildet sind. Darüber hinaus wird der Bordnetzzwischenkreis 16 und über diesen das Bordnetz 17 von dem Wechselstromnetzwerk bei Be- darf mit elektrischer Energie versorgt, wozu das Wechselstromnetzwerk zum Anschluss an den Bordnetzzwischenkreis mit einem Transformator 8 mit nachgeschaltetem Umformer 9 (Umrichter) versehen ist. Diese Energiebrücke spielt in Bezug auf die Ausfallsicherheit des elektrischen Systems eine be- sondere Rolle, da über sie der Ausfall von Energieerzeugungseinheiten aufgefangen werden kann. Des weiteren kann über diese Energiebrücke sehr vorteilhaft ein Anfahren der Waterjets erfolgen, ohne dass die Garturbinengeneratorsätze in Betrieb gesetzt werden. Es ist also ein emissionsfreies Anfah- ren des mit dem System versehenen Marine (Navy) -Schiffs möglich, bis eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht wird, um die Abgase der Gasturbinen oder von eventuellen Dieselaggregaten, die anstelle der Gasturbinen verwendet werden können, über Abgaseinleitungskammern in das das Schiff umgebende Was- ser einzuleiten. Wie bereits erläutert, weist das elektrische Antriebssystem einen Gleichstromzwischenkreis 16 zur Ankopplung des Bordnetzwerkes 17 an das Gleich- und an das Wechselstromnetzwerk auf. Der Gleichstromzwischenkreis ermöglicht dabei eine au- tarke Bordnetzversorgung 17 innerhalb der drei Schiffssicherungsbereiche SSB1, SSB2 und SSB3. Die Teilnetze in den einzelnen Schiffssicherungsbereichen SSB1 und SSB3 werden direkt vom Gleichstromnetzwerk über Gleichrichter 10 mit elektrischer Energie versorgt. Die Gleichrichter 10 verhindern dabei eine Rückspeisung von Kurzschlüssen auf das Gleichstromnetzwerk, so dass eine sichere Energieversorgung der Propellerantriebe 1 , der Waffensysteme 15 und der Querstrahlruder 14 gegeben ist.
Im Schiffssicherungsbereich 2 (SSB2) wird das Bordnetz 17 ü- ber den Gleichstromzwischenkreis 16 mit elektrischer Energie versorgt. Das Wechselstromnetzwerk des Schiffssicherungsbereichs 2 (SSB2) weist zur Speisung des Gleichstromzwischenkreises 16 einen Transformator 8 mit nachgekoppelten Umrich- tern 9 auf, der aus dem für den Vortrieb der Wasserstrahlantriebe 2 vorgesehenen Wechselstromnetzwerk, z.B. einem Fahrnetz AC llkv/60 Hz, eine Gleichspannung erzeugt. Durch den Transformator 8 ist eine galvanische Trennung zwischen dem Wechselstromnetzwerk und dem Gleichstromnetzwerk gewährleis- tet. Über diese Verbindung, die derart ausgebildet ist, dass in ihr Strom in beiden Richtungen übergeben werden kann, sind, wie bereits angegeben, das Wechselstromnetzwerk und das Gleichstromnetzwerk miteinander verbunden.
Die drei Gleichstromnetzwerke des Bordnetzes 17 sind durch Überleitungen miteinander verbunden, welche im Normalbetrieb geöffnet sind. Bei Ausfall bzw. Teilausfall eines der für den Betrieb der Antriebe vorgesehenen Energieerzeuger bzw. deren Netzwerke ist durch den über die Überleitungen gegebenen Ver- bundbetrieb des Gleichstromzwischenkreises die Versorgung des Bordnetzes 17 mit elektrischer Energie gewährleistet. Die Bordnetze 17 in den einzelnen Schiffssicherungsbereichen SSBl, SSB2 und SSB3 weisen eingangsseitig einen Wechselrichter 13 auf, der die 1. . . nkv-Gleichspannung in die Bordnetzspannung, also in 3 AC 60 Hz 440 V umformt (gemäß STANAG 100) . Bei Spannungen > 1 kv DC wird zwischen dem Umformer 12 und dem Wechselstromnetzwerk des Bordnetzes (AC-Netz) ein Transformator zwischengeschaltet .
Jeder Wechselrichter 12 (Umformer) des Bordnetzes 17 hat zwei Energieeinspeisungen. Die Hauptspeisung erfolgt aus dem Gleichstromzwischenkreis (Bordnetzzwischenkreis) 16 des jeweiligen Schiffssicherungsbereichs SSB. Die Ersatzeinspeisung erfolgt über die Überleitungen aus dem jeweiligen Gleichstromzwischenkreis 16 des benachbarten Schiffssicherungsbereichs SSB. Damit ist eine redundante Versorgung des Bordnet- zes 17 gewährleistet.
Gleichrichterdioden 13 in den jeweiligen Einspeisungen verhindern vorteilhaft Rückspeisungen in Richtung des Gleichstromzwischenkreises bzw. in Richtung des Gleichstromnetzwer- kes bzw. des Wechselstromnetzwerkes. Weiterhin ist vorteilhaft eine unterbrechungslose Lastübernahme von der Haupt- auf die Ersatzspeisung möglich. Durch den Gleichstromzwischenkreis 16 können die Schalter für die Haupt- und die Ersatzspeisung der jeweiligen Bordnetze in den Schiffssicherungsbe- reichen SSBl, SSB2 und SSB3 unterbrechungslos umgeschaltet werden .
Um außer durch schaltungstechnische Maßnahmen zu verhindern, dass sich die resultierenden Spannungsunterbrechungen aus Kurzschlüssen, bzw. Schaltvorgängen aus dem Gleichstromnetzwerk bzw. dem Wechselstromnetzwerk und der Ruderpropellerantriebe 1 bzw. Wasserstrahlantriebe 2 auf das Bordnetz 17 übertragen, sind Energiespeicher 11 mit Gleichstromausgang seitens der Bordnetze 17 vorgesehen. Diese sind zwischen dem Eingang des Wechselrichters 12 und dem Ausgang der Gleichrichterdioden 13 angeordnet. Durch die Gleichrichterdioden 13 wird vorteilhaft eine Rückspeisung auf netzseitige Kurzschlüsse verhindert, wie bereits erläutert.
Das elektrische Antriebssystem gemäß den FIGUREN 1 und 2 er- laubt es sehr vorteilhaft, sowohl alle Energieerzeuger gleichzeitig zu betreiben als auch alle Vortriebskomponenten gleichzeitig einzuschalten. Für Fahrzustände mit geringerer Geschwindigkeit kann die Einschaltung der verschiedenen Pro- pulsionseinrichtungen je nach Bedarf erfolgen, wobei eben- falls je nach Bedarf die Energieerzeugereinheiten eingesetzt werden.
Durch die Trennung und Aufteilung der Fahrnetze (Gleichstromnetzwerk und Wechselstromnetzwerk für die Antriebe' 1 und 2) und die Hauptgruppenverteilung in die drei Schiffssicherungsbereiche SSBl, SSB2 und SSB3, sind im Trefferfall mit großer Wahrscheinlichkeit jeweils ein Antriebssystem und mindestens 66 % der Bordnetzversorgung noch einsatzfähig. Dabei kann der Treffer so gravierend sein, dass in seinem Bereich nur noch die Schiffsstruktur erhalten bleibt. Das Marine (Navy) -Schiff bleibt trotzdem noch manövrierfähig und kann sich vom Trefferort entfernen.
Ein in FIGUR 3 beispielhaft gezeigtes elektrisches Netz 21 kommt an Bord von Marine (Navy) -Schiffen zum Einsatz und ist in - im dargestellten Ausführungsbeispiel - ebenfalls drei Schiffssicherungsbereiche 22, 23 und 24 untergliedert.
Im Schiffssicherungsbereich 22 sowie im Schiffssicherungsbe- reich 24 ist als Elektroenergieerzeugungseinheit jeweils mindestens eine Brennstoffzelleneinheit 25 vorgesehen. Diese Brennstoffzelleneinheit 25, die einen Gleichstrom generiert, speist elektrische Energie über einen DC/AC-Wandler 26 in ein AC-Hauptnetz 27 ein, zwischen dem DC/AC-Wandler 26 und dem Hauptnetz 27 ist ein Leistungs- bzw. Lastschalter 28 vorgesehen. Im Schiffssicherungsbereich 23 sind als Elektroenergieerzeugungseinheiten zwei Generatoren 29 vorgesehen, die über jeweils einen Leistungs- bzw. Lastschalter 28 elektrische Energie in das Hauptnetz 27 einspeisen. Im Schiffssicherungsbe- reich 23 weist das Hauptnetz 27 eine Netzkupplung 30 auf, in der ein Strombegrenzungsgerät in Form eines HTS-Strombegrenzers 31 angeordnet ist, dem ein Leistungsschalter 32 zugeordnet ist. Mittels der Netzkupplung 30 werden im Schiffssicherungsbereich 23 zwei Teilnetze ausgebildet, von denen jeweils einer einem der beiden Generatoren 29 zugeordnet ist.
Zwischen dem Schiffssicherungsbereich 22 und dem Schiffssicherungsbereich 23 sowie zwischen dem Schiffssicherungsbereich 23 und dem Schiffssicherungsbereich 24 ist jeweils eine Netzüberleitung 33 vorgesehen, mittels der das Hauptnetz 27 über die Grenzen der Schiffssicherungsbereiche 22, 23 und 24 verbunden bzw. verbindbar ist. Auch in den beiden in FIGUR 3 gezeigten Netzüberleitungen 33 ist jeweils ein HTS-Stro be- grenzer 31 vorgesehen, dem seitens beider Schiffssicherungs- bereiche 22, 23 bzw. 23, 24 jeweils ein Leistungsschalter 32 zugeordnet ist. Aus dem Hauptnetz 27 sind die in dieser FIGUR nicht gezeigten Schiffsantriebseinheiten mit elektrischer E- nergie versorgbar. Dies geschieht, wie sich aus FIGUR 3 prinzipiell ergibt, mittels Abzweigen 34, die die nicht gezeigten Schiffsantriebseinheiten an das Hauptnetz 27 anschließen.
Des weiteren gehören zu dem in FIGUR 3 gezeigten elektrischen Netz Bordnetzzwisehenkreise 35, von denen im in FIGUR 3 gezeigten Ausführungsbeispiel in jedem Schiffssicherungsbereich 22, 23, 24 einer vorgesehen ist. Die Bordnetzzwisehenkreise
35 sind über Abzweige 36 an das Hauptnetz 27 angeschlossen, wobei jeder Bordnetzzwischenkreis 35 mittels zweier Abzweige
36 an das Hauptnetz 27 angeschlossen ist und die einem Bordnetzzwischenkreis 35 zugeordneten Abzweige 36 in unterschied- liehen Schiffssicherungsbereichen 22, 23, 24 an das Hauptnetz 27 angeschlossen sind. So ist beispielsweise der Bordnetzzwischenkreis 35 im Schiffssicherungsbereich 22 mittels eines Abzweigs 36 im Schiffssicherungsbereich 22 und mittels eines weiteren Abzweigs 36 im Schiffssicherungsbereich 23 an das Hauptnetz 27 angeschlossen. Der Bordnetzzwischenkreis 35 im Schiffssicherungsbereich 23 ist mittels eines Abzweigs 36 an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbereich 22 und mittels eines Abzweigs 36 an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbereich 24 angeschlossen. Der Bordnetzzwischenkreis 35 im Schiffssicherungsbereich 24 ist mittels eines Abzweigs an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbereich 24 und mittels eines Abzweigs 36 an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbereich 23 angeschlossen.
In jedem Abzweig 36, mittels dem ein Bordnetzzwischenkreis 35 an das Hauptnetz 27 angeschlossen ist, ist ein Halbleiter- Schalter 37 für bidirektionalen Strom angeordnet, dem ein
Leistungsschalter 32 zugeordnet ist. Des weiteren ist in jedem Bordnetzzwischenkreis 35 ein Energiespeicher 38 vorgesehen, der über einen DC/AC-Wandler 39, der optional mit einem Transformator ausgerüstet sein kann, mit dem jeweiligen Bord- netzzwischenkreis 35 verbunden ist. Die Bordnetzzwisehenkreise 35 sind mittels Abzweigungen 40, in denen jeweils ein Leistungsschalter 28 vorgesehen ist, an Bordnetz-Hauptgruppen angeschlossen, von denen Verbraucherabzweige 42 zu einzelnen Verbrauchern, die nicht dargestellt sind, führen.
Das in FIGUR 4 beispielhaft gezeigte elektrische Netz 21 hat ein DC-Hauptnetz, welches entsprechend der anhand FIGUR 3 gezeigten Ausführungsform ebenfalls in die drei Schiffssicherungsbereiche 22, 23, 24 untergliedert ist.
In den Schiffssicherungsbereichen 22 und 24 ist jeweils der Brennstoffzelleneinheit 25 ein DC/DC-Wandler bzw. DC/DC-Hoch- setzsteller 43 zugeordnet, über die die Brennstoffzellenein- heiten 25 elektrische Energie in das DC 1. . . nkv-Hauptnetz 27 einspeisen. Entsprechend sind die beiden im mittleren
SchiffSicherungsbereich 23 vorgesehenen Generatoren 29 über AC/DC-Wandler bzw. Gleichrichter 44 an das Hauptnetz 27 ange- schlössen. Jeder Elektroenergieerzeugungseinheit 25, 29 ist des weiteren ein Leistungs- bzw. Lastschalter 28 zugeordnet.
Die Ausgestaltung des Hauptnetzes 27 mit der im Schiffssicherungsbereich 23 vorgesehenen Netzkupplung 30 und den beiden Netzüberleitungen 33 zwischen dem Schiffssicherungsbereich 22 und dem Schiffssicherungsbereich 23 bzw. Schiffssicherungsbereich 23 und dem Schiffssicherungsbereich 24 entspricht derjenigen des in FIGUR 3 gezeigten elektrischen Netzes 21.
Über die Abzweige 34 werden aus dem Hauptnetz 27 heraus die Schiffsantriebseinheiten, die in FIGUR 4 nicht gezeigt sind, mit elektrischer Energie versorgt. Es sei darauf hingewiesen, dass die beiden im Schiffssicherungsbereich 22 und im Schiffssicherungsbereich 24 angeordneten, zu den Schiffsantriebseinheiten führenden Abzweige 34 mit Halbleiterschaltern 45 für unidirektionalen Strom versehen sind, denen jeweils ein Leistungsschalter 32 zugeordnet ist. Aus dem DC-Hauptnetz 27 werden des weiteren die drei Bordnetzzwisehenkreise 35 mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu ist der Bordnetzzwischenkreis 35 im Schiffssicherungsbereich 22 über einen Abzweig 36 an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbereich 22 und über einen Abzweig 36 an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbereich 23 angeschlossen. In jedem dieser beiden Ab- zweige 36 ist ein Halbleiterschalter 45 für unidirektionalen Strom in Kombination mit einem Leistungsschalter 32 und einer Diode 46 angeordnet, wobei es sich bei der Diode 46 um ein optionales Bauteil handelt, das der Entkopplung der Leitungen zwischen verschiedenen Schiffssicherungsbereichen im Fehler- fall dient.
Der Bordnetzzwischenkreis 35 im Schiffssicherungsbereich 23 ist über ebenfalls zwei wie vorstehend beschrieben ausgestaltete Abzweige 36 an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbe- reich 22 und im Schiffssicherungsbereich 24 angeschlossen. Entsprechend ist der Bordnetzzwischenkreis 35 im Schiffssicherungsbereich 24 über zwei wie vorstehend beschrieben aus- gestaltete Abzweige 36 an das Hauptnetz 27 im Schiffssicherungsbereich 23 und im Schiffssicherungsbereich 24 angeschlossen.
Den Bordnetzzwischenkreisen 35 in den Schiffssicherungsbereichen 22, 23, 24 ist jeweils ein Energiespeicher 38 zugeordnet, der über einen Halbleiterschalter 45 für unidirektionalen Strom ge- bzw. entladen wird. Der Bordnetzzwischenkreis 35 jedes Schiffssicherungsbereiches 22, 23, 24 ist über einen Abzweig 40 an drei AC 440 V 3~ 60Hz Bordnetz-Hauptgruppen 41 angeschlossen, wobei in jedem Abzweig 40 ein DC/AC-Wandler bzw. Tiefsetzsteller 47 in Verbindung mit einem Leistungsschalter 28 angeordnet ist. Über die Verbraucherabzweige 42 werden aus den Bordnetzhauptgruppen 41 die einzelnen Verbrau- eher mit elektrischer Energie versorgt.
Bei den in den FIGUREN 3 und 4 näher erläuterten elektrischen Netzen 21 sind die in den unterschiedlichen Schiffssiche— rungsbereichen 22, 23, 24 angeordneten Teilnetze in geeigne- ter Weise miteinander gekuppelt. Für den Fall eines Kurzschlusses im Schiffssicherungsbereich 22 wird der Kurzschlussstromanteil aus dem Schiffssicherungsbereich 23 durch den HTS-Strombegrenzer 31 in der Netzüberleitung 33 zwischen dem Schi ssicherungsbereich 22 und dem Schiffssicherungsbe- reich 23 begrenzt; durch diese Netzüberleitung 33 zwischen dem Schiffssicherungsbereich 22 und dem Schiffssicherungsbereich 23 fließt nur noch der begrenzte Strom, dabei bleiben der Schiffssicherungsbereich 23 und der Schiffssicherungsbereich 24 ohne spürbaren Spannungseinbruch. Der zusätzliche Betrag des begrenzten Stromes muss im Selektivschutz des Generatorschalters berücksichtigt werden, das heißt, gegebenenfalls über Strom durch den Generatorschalter. Entsprechendes ist dem Fachmann bekannt.
Mittels der Halbleiterschalter 37 bzw. 45 in den beiden Abzweigen 36, mittels denen der Bordnetzzwischenkreis 35 im ersten Schiffssicherungsbereich an das Hauptnetz 27 ange- schlössen ist, ist eine selektive Abzweigabschaltung möglich; sofern der Spannungseinbruch kurz gehalten werden kann, kann gegebenenfalls das Hauptnetz 27 auch im Schiffssicherungsbereich 22 aufrecht erhalten werden.
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Unterverteilungen 41 gegebenenfalls über das Kriterium Strom mit Halbleiterschaltern oder aber konventionell über Strom/Zeitstaffelung zu schützen, wobei hier die eingeleiteten Schutzmaßnahmen nach der Wichtigkeit gewählt werden.
Aufgrund der Funktion des HTS-Strombegrenzers 31 ist im Ernstfall die Netzüberleitung 33 zwischen dem Schiffssicherungsbereich 22 und dem Schiffssicherungsbereich 23 ausge- schaltet; sie kann unmittelbar nach Klärung des fehlerhaften Abzweigs mittels der Halbleiterschalter 37 bzw. 45 wieder eingeschaltet werden.
Jeder HTS-Strombegrenzer 31 hat im supraleitenden Zustand ei- nen nicht messbaren, vernachlässigbar kleinen elektrischen Widerstand. Im Falle eines Stromes, der oberhalb des Bemessungsstroms liegt, steigt der elektrische Widerstand des HTS- Strombegrenzers 31 sprungartig an, bis sein supraleitender Zustand in seinen normalleitenden Zustand überwechselt. Der HTS-Strombegrenzer bzw. dessen Supraleiter nimmt dann einen endlichen Widerstand an, bis er wieder zurückgekühlt wird.
In einem Stromnetz wird der HTS-Strombegrenzer. 31, wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, in Verbindung mit einem galvanisch trennenden Element mit Ausschaltvermögen eingesetzt; im Falle der Ausführungsbeispiele ist als solches der Leistungsschalter 32 vorgesehen. Hier ist ggf. auch der Einsatz von Lastschaltern möglich.
Zum Schutz einer Elektroenergieerzeugungseinheit oder eines
Verbrauchers kann eine Kombination aus einem HTS~Strombegren- zer, einem Halbleiterschalter und einem Leistungs- bzw. Lastschalter vorteilhaft sein.
Bei den in den FIGUREN 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispie- len des erfindungsgemäßen elektrischen Netzes 21 handelt es sich um Schiffsnetze, die nicht nur auf Marine (Navy) -Schiffen, sondern auch auf Küstenwachbooten, Fischereischutzbooten, also auf allen möglichen Schiffen, die hoheitliche Aufgaben auf hoher See vornehmen und evtl. beschossen werden, zum Einsatz kommen können. Als Vorzugsvariante ist die in
FIGUR 4 angegebene Kombination aus AC— und DC-Netzen anzusehen.
Als Elektroenergieerzeugungseinheiten können beispielsweise Brennstoffzellen, Gasturbosätze und Dieselgeneratorsätze zum Einsatz kommen. Die Energiespeicher 38 können beispielsweise in Form von Batterien, Kondensatoren, Schwungradgeneratoren, supraleitenden Magnetenergiespeichern etc. ausgeführt sein, wobei allen genannten Energiespeichern im Falle der in FIGUR 4 gezeigten Vorzugsvariante gemeinsam ist, dass sie über
Halbleiterschalter 45 zur Reserveenergieeinspeisung an die zugeordnete Verbraucherebene zugeschaltet werden müssen. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Spannungsebenen, vorzugsweise für Übertragungsleistungen möglich, die jeweils von dem Einsatz- und Aufgabengebiet des auszurüstenden Schiffes abhängen.
Das Schiffsnetz hat ein Erdungs- und Potentialsystem, welches nach einer der Varianten nach VDE DIN bzw. IEC ausgeführt wird; vorzugsweise hat das Schiffsnetz einen isolierten Sternpunkt bei AC-Mittel- bzw. Niederspannung, wobei für Gleichspannungsnetze ebenfalls ein isoliertes System (IT- Netz) möglich ist. Das isolierte System ist bevorzugt, weil ein Erdschluss einer Phase nicht sofort zum Kurzsehluss führt . Die HTS-Strombegrenzer können an Energie-Quellen, z.B. an Generatoren, Batterien, Brennstoffzellen od.dgl. angeordnet werden, vorzugsweise sind sie jedoch in Kupplungen oder Überleitungen anzuordnen. Die Halbleiterschalter können ebenfalls an Energie-Quellen, z.B. Generatoren, Batterien, Brennstoffzellen, in Kupplungen oder Überleitungen angeordnet werden; vorzugsweise können derartige Halbleiterschalter jedoch in Abzweigen mit unidirektionaler Stromrichtung angeordnet werden, wobei sie so dimensioniert werden, dass ein selektiver Schutz realisiert werden kann.
In den FIGUREN 5 bis 9 werden in Beispielsform die unterschiedlichen Ausgestaltungen des Systems in Abhängigkeit von den Schiffsgrößen der unterschiedlichen Marine-Schiffe ge- zeigt.
FIGUR 5 zeigt ein Netz und eine Antriebskonzeption einer Fregatte; FIGUR 6 das Netz und die Antriebskonzeption einer Korvette; FIGUR 7 das Netz und die Antriebskonzeption eines Schnellboots; FIGUR 8 das Netz und die Antriebskonzeption eines unbemannten Kampfboots in größerer Form und FIGUR 9 das •• Netz und die Antriebskonzeption eines kleineren unbemannten Kampfboots .
In den FIGUREN 5 bis 9 bezeichnet jeweils 51 die Energieerzeugung mit Brennstoffzellenanlagen, 52 die Energieerzeugung mit Gasturbinengeneratoren (wahlweise auch mit Dieselgeneratoren) sowie 53 das Fahrnetz, das an die Brennstoffzelle angeschlossen ist, sowie 54 das Fahrnetz, das an den Gasturbi- nengenerator angeschlossen ist. 55 bezeichnet die Marschfahrtantriebe, 56 die Höchstfahrtantriebe und 57 einen Hilfsantrieb. 58 bezeichnet die Waffensysteme und 59 die E-Werke für die Niederspannung. Die einzelnen Aggregate sind jeweils in Schiffssicherungsbereichen angeordnet, die mit SSBl, SSB2, SSB3 und SSB4 bezeichnet sind. Im Prinzip handelt es sich um die bereits vorstehend beschriebenen Aufteilungen, die mit den in den FIGUREN 3 und 4 detailliert beschriebenen Siehe- rungskomponenten versehen werden. Die Größe und Anzahl der einzelnen Aggregate und Komponenten sind jeweils von der Schiffsgröße sowie gegebenenfalls auch von dem speziellen Einsatz der unterschiedlichen Schiffe abhängig. In den FIGUREN 5 bis 9 werden besonders vorteilhafte Ausgestaltungen gezeigt, es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass abweichende, von den Grundprinzipien der Erfindung Gebrauch machende Ausgestaltungen mit in den Schutz einbezogen werden sollen.
Desgleichen versteht sich für den Fachmann, dass nicht nur Schiffe mit POD-Antrieben, sondern auch Schiffe mit Innenbordmotoren entsprechend der Erfindung elektrisch ausgerüstet werden .
HTS-Innenbordmotoren werden dabei vorteilhaft mit sehr kurzen Propellerwellen ausgeführt, d.h., die Motoren werden in dem Bereich angeordnet, in dem sich bei konventionell ausgerüsteten Schiffen die Wellentunnel befinden. So kann sehr vorteil- haft von den geringen Gewichten und Abmessungen der elektrischen Motoren in HTS-Technik Gebrauch gemacht werden. Dabei, können die Wasserstrahlantriebe entfallen oder durch spezielle Propellerantriebe ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Energieerzeugungs-, Verteilungs- und Bordstromversorgungssystem für emissionsarme Überwasser-Marine (Navy) -Schiffe unterschiedlicher Klassen und Größen, ausgebildet als Ausrüstungssegment, mit wenigstens einem aus einem Gleichstromnetzwerk mit elektrischer Energie versorgbaren Marschfahrtantrieb, z.B. einem elektrischen Ruderpropellerantrieb und mit wenigstens einem aus einem Wechselstromnetzwerk mit elektri- scher Energie versorgbaren Zusatzantrieb, z.B. einem Wasserstrahlantrieb, welcher bedarfsweise zuschaltbar ist, wobei das Gleichstrom- und das Wechselstromnetzwerk derart ausgebildet sind, dass eine wechselseitige Energieübergabe erfolgen kann.
2. Ausrüstungssegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichstromnetzwerk wenigstens ein Brennstoffzellenmodul zur Erzeugung elektrischer Energie aufweist, insbesondere ein Brennstoffzellenmodul, das zumindest teilweise Reformerwasserstoff verbraucht.
3. Ausrüstungssegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenmodul aus miteinander verschalteten, luftatmenden Brennstoffzellen besteht, insbesondere aus Brennstoffzellen mit unterschiedlicher Dynamik.
4. Ausrüstungssegment nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromnetzwerk wenigstens einen von einer Gasturbine angetriebenen Synchrongenerator, z.B. einen Synchrongenerator in HTS-Technik, zur Erzeugung elektrischer Energie auf- weist.
5. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichstromnetzwerk ein 1 kV- bis 15 kV-Netzwerk ist.
6. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromnetzwerk ein 1 kV- bis 15 kV/50 Hz oder 60 Hz Netzwerk ist.
7. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichstromnetzwerk und das Wechselstromnetzwerk zusammen anforderungsgerecht das Bordnetzwerk des Schiffes mit elektrischer Energie versorgen können.
8. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorherge- henden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gleichstromzwischenkreis zur Ankopplung des Bordnetzwerkes an das Gleich- und/oder an das Wechselstromnetzwerk.
9. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichstromnetzwerk Waffen- und Elektroniksysteme mit elektrischer Energie versorgt, auch High-Energy- Puls- oder Laserwaffen.
10. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Brennstoffzellenmodule im Marine (Navy) -Schiff in unterschiedlichen, voneinander abgeschotteten Sektionen bzw. Sicherheitszonen verteilt angeordnet sind, die ein ausfallsicheres Netz bilden.
11. Ausrüstungssegment, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Marine (Navy) -Schiff gebildete elektrische Netz Strombegrenzungsgeräte aufweist, die als HTS (hochtemperatursupra- leitende) -Strombegrenzer und/oder Halbleiterschalter ausge- bildet sind und mittels derer die Rückwirkung von Spannungseinbrüchen im Kurzschlussfall auch nicht betroffene Teilnetze auf eine Zeitspanne im niedrigen Millisekundenbereich begrenzt, insbesondere <lms begrenzt und damit derartige Spannungseinbrüche auf das jeweils betroffene Teilnetz beschränk- bar sind.
12. Elektrisches Netz nach Anspruch 11, mit Strombegrenzungsgeräten, zu denen jeweils ein HTS-Strombegrenzer und ein Halbleiterschalter und/oder ein Leistungsschalter gehören, mittels derer insbesondere Energiequellen in Form von Elektroenergieerzeugungseinheiten und/oder Energiespeichern schützbar sind.
13. Ausrüstungssegment nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die HTS-Strombegrenzer mit auf die Leistungsschalter wirkenden Sekundärschutzeinrichtungen kombiniert sind.
14. Ausrüstungssegment nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Netz als Strahlennetz mit Strom/Zeitstaffelung ausgebildet ist, in dessen Netzkupplungen und/oder Überleitungen die Strombegrenzungsgeräte angeordnet sind.
15. Ausrüstungssegment nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsgeräte so angeordnet sind, dass mittels ihnen im Zusammenwirken mit der Netzkonfiguration Stromselektivität erreichbar ist.
16. Ausrüstungssegment nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Netz im Marine (Navy) -Schiff als Strahlennetz mit geringst möglicher Vermaschung oder einer rückwirkungsfreien Vermaschung ausgebildet ist.
17. Ausrüstungssegment nach Anspruch 16, bei dem die rückwirkungsfreie Vermaschung mittels diodenentkoppelter Einspeisung von DC-Schaltanlagen oder DC-Verbrauchern von zwei verschiedenen Schiffssicherungsabschnitten aus realisiert ist.
18. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das gebildete elektrische Netz aus einem Normalzustand, in dem es als vermaschtes elektrisches Netz ausgebildet ist, in einen Sonderzustand umschaltbar ist, in dem es als Strahlennetz ausgebildet und die Wirksamkeit der Strombegrenzungseinrichtungen gewährleistet ist.
19. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dessen einzelne Schaltgeräte eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, mittels der bei Versagen des Schaltgeräts ein übergeordneter, ohne Zeitverzug auslösender Schalter kontaktierbar ist.
20. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 19, dessen Automatisierungs- und Regelungseinrichtung eine on-time-Diagnoseeinheit mit hoher Rechengeschwindigkeit aufweist, die vorzugsweise selbstlernend, unter Nutzung von Elementen einer Fuzzy-Logik oder eines neuronalen Netzes arbeitet .
21. Ausrüstungssegment nach Anspruch 20, bei dem an jedem potentiellen Fehlerort eine Sensor- bzw. Meldeeinheit vorgesehen ist, mittels der ein dem jeweiligen Fehlerort zugeordnete Gerätezustand bzw. eine dem jeweiligen Fehlerort zugeordneten physikalische Größe erfassbar und an die on-time-Diagnoseeinheit der Automatisierungs- und Regelungseinrichtung weiterleitbar ist.
22. Ausrüstungssegment nach Anspruch 21, bei dem die Sensor- bzw. Meldeeinheiten versorgungsunabhängig von ihren Fehlerorten sind.
23. Ausrüstungssegment nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Verbindung zwischen der on-time-Diagnoseeinheit der Automati- sierungs- und Regelungseinrichtung und den Sensor- bzw. Meldeeinheiten mittels drahtgebundenen Elementen, z.B. als Kupferleitungen oder Glasfaserleitungen ausgebildeten Steueroder Buskabeln, realisiert ist.
24. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 23, mit drahtlos detektierenden und drahtlos übertragenden back-up-Sensoren, wobei in jedem Schiffssicherungsabschnitt dezentrale Repeater installiert sind.
25. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Elektroenergieerzeugungseinheiten PEM- oder HT-Brennstoffzellen vorgesehen sind, mittels denen ein als DC-Mittelspannungsnetz ausgebildetes Hauptnetz mit Gleichstrom versorgbar ist.
26. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Energiespeicher Batterien, statische Speicher, wie Magnetspeicher und Kondensatoren und/oder rotierende Speicher vorgesehen sind, die vorzugswei- se in einem Bordnetzzwischenkreis angeordnet sind.
27. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Netzkupplungen und/oder Netzüberleitungen aufweist, in denen jeweils ein HTS-Strombegrenzer, vorzugsweise mit einem in Reihe zuge- ordneten Leistungsschalter vorhanden ist.
28. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es HTS-Strombegrenzer mit einem Supraleiter aus YbaCuO-Ver- bindungen, der in Dünnfilmtechnik ausgeführt ist und als kry- ogene Flüssigkeit Flüssigstickstoff benutzt, aufweist.
29. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorherge- henden Ansprüche, mit Abzweigen, in denen Halbleiterschalter, vorzugsweise mit einem in Reihe zugeordneten Leistungsschalter, angeordnet sind.
30. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorherge- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Haupt-Bordnetz mit Bordnetzzwischenkreisen verbindenden Abzweigen mit Halbleiterschaltern aufweist.
31. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, in dessen Bordnetz-Hauptgruppen zugeordneten Verbraucherabzweigen, Halbleiterschalter angeordnet sind.
32. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorherge- henden Ansprüche, bei dem Energiequellen in Form von Elektroenergieerzeugungseinheiten oder Energiespeichern mittels Halbleiterschaltern, insbesondere schnellen Halbleiterschaltern, schützbar sind.
33. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem elektrischen Netz, dessen Halbleiterschalter als Schaltelemente IGCT (Integrated Gate Com- mutated Thyristors) , GTO (Gate turn-off Thyristors) , IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) oder MOS-Transistoren ausgebildet sind.
34. Ausrüstungssegment nach Anspruch 33, bei dem als IGCT ausgebildete Schaltelemente der Halbleiterschalter mittels Snubberschaltungen geschützt sind.
35. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorherge- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Standardausrüstungssegment für Marine (Navy) -Schiffe unterschiedlicher Größe ausgebildet ist, wobei eine Größenanpassung in Form einer Netzverkleinerung oder —Vergrößerung erfolgt.
36. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Marschfahrtantriebe POD-Antriebe verwendet werden.
37. Ausrüstungssegment nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass als Marschfahrtantriebe elektrische Innenbordmotoren verwendet werden .
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