WO2015044052A1 - Schwimmfähige hafenstromversorgung - Google Patents

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WO2015044052A1
WO2015044052A1 PCT/EP2014/070021 EP2014070021W WO2015044052A1 WO 2015044052 A1 WO2015044052 A1 WO 2015044052A1 EP 2014070021 W EP2014070021 W EP 2014070021W WO 2015044052 A1 WO2015044052 A1 WO 2015044052A1
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power supply
floating
energy
harbor
supply according
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PCT/EP2014/070021
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Inventor
Gerd Ahlf
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Definitions

  • the invention relates to a buoyant harbor power supply and to a feeder.
  • No. 7,122,913 B2 discloses a modular harbor power supply for ships lying in the harbor, which can be moved along the quay.
  • a problem with such a power supply from the wharf is that in the power supply of a ship lying in the harbor, differences in the water level and the
  • the invention is based on the object to provide a buoyant harbor power supply, which further reduces pollutant emissions compared to the known solution.
  • the object is further achieved by a feeder with the features specified in claim 15.
  • the inventive floating Medstromversor ⁇ tion which may be designed in particular as a barge, a power supply of the ships in the port without any pollutant emissions is possible.
  • the energy store is designed for this purpose, for example, as a battery system with a large capacity, wherein reliable operation can be achieved taking into account the protective measures necessary for a battery installation.
  • power take-off devices In the ships themselves, only corresponding power take-off devices have to be present, but they also have to be present in the case of a country power supply (cold ironing).
  • the energy storage device can be designed for "low voltage” (about 1 kV), “medium voltage” (about 4.7 kV or about 6 kV) or also "high voltage.”
  • the buoyant battery power supply is preferred able to supply current at a voltage / frequency of 6.6 kV / 60 Hz, 440V / 60 Hz and 380V / 50 Hz, with such a port power supply also being given a very fast availability of a large amount of energy (without harmful exhaust gases) that it is also very well suited to cover peak load, which could easily lead to a "black-out” in other systems.
  • the solution according to the invention shifts the energy production from aboard the buoyant harbor power supply to shore. In normal power supply operation Verbrennungskraftma ⁇ machines are thus no longer needed and the energy required, for example, from the normal energy network of a
  • the energy storage battery elements without memory effect on.
  • Special ⁇ DERS suitable for this purpose lithium-ion batteries provided for advantageously a so-called battery management see ⁇ .
  • lithium-ion batteries especially in larger battery systems, as in the present case - very high short-circuit currents can occur, which require a corresponding integration of the battery system in the overall system. This is beispielswei ⁇ se known from the submarine area and thus easily manageable to the expert, however.
  • the energy store has supercapacitors.
  • supercapacitors also called “ultra-capacitors” or “super-caps”
  • ultra-capacitors have lower energy densities but higher power densities than battery systems, making them ideal for applications where large amounts of energy need to be available quickly.
  • supercapacitors also called “ultra-capacitors” or “super-caps”
  • the energy store is divided into at least two subsystems.
  • the subsystems may each have many parallel strands. On the one hand this increases the capacity and on the other hand only slightly reduces the availability in case of failure of individual strings (or a subsystem).
  • the strands and / or subsystems can be connected via an electronic current limiter (eg ECL, "Electronic Current Limiter ”) are connected, so that controllable summation short-circuit currents occur.
  • ECL Electronic Current Limiter
  • the energy store has at least one memory module.
  • the energy storage at least partially has a modular design, the individual memory modules can be easily replaced accordingly, which also for example, after a power supply of the ships in port unloaded modules ashore can be quickly replaced by full memory modules. Also for repair work a quick exchange is an advantage.
  • a simple Redu ⁇ cation or expandability of the energy storage is given in depen ⁇ ferency of the requirement of ships to be supplied with electricity.
  • the memory modules can thereby advantageously in container form - particularly advantageous in the form of ISO containers (ie a standardized freight container according to ISO 668, often called sea container) - executed.
  • the buoyant harbor power supply is equipped with at least one rege ⁇ nerative energy source.
  • energy sources - such as photovoltaic systems or wind generators - have the property to generate energy only within certain energy limits, especially on the limited space of a floating harbor power supply. Nevertheless, such an energy source can have a supporting effect, so that overall less electricity has to be taken from a land network.
  • the buoyant harbor power supply is equipped with at least one fuel cell. This type of power generation to power the ships in the harbor is also environmentally friendly ⁇ - especially when the required hydrogen is generated by renewable energy sources - because pollutants are not ejected in this case, and thus equally well suited for use in the port.
  • the buoyant harbor power supply is equipped with at least one internal combustion engine.
  • This can be designed as a diesel generator unit or even liquid gas ver ⁇ use.
  • the internal combustion engine is preferably operated with low-sulfur fuels, biofuels or natural gases.
  • Diesel fuel is an advantage with a maximum of 0.1% sulfur content for USAGE ⁇ dung.
  • the supportive use of internal combustion engines may be required.
  • a (self-evident) control and / or management unit which also ensures and monitors that the energy storage between maximum allowable state of charge [critical limit] and effek ⁇ tivsten minimum state of charge is operated
  • the operation can be directed so that the power a (further) generator unit can be avoided or at least delayed. Due to an advantageous design of the energy storage device, it can also be used as a supply in emergency mode or for bridging high energy requirements, which would otherwise lead to blackout in pure operation of internal combustion engines. possibly not needed by the ships in the harbor just benö ⁇ tux power to charge the energy storage.
  • the floating power supply port is provided with a heat Kopp ⁇ averaging means for transferring heat of the exhaust gases of the internal combustion engine to a fluid and for supplying the vessels with the heated fluid.
  • a heat Kopp ⁇ averaging means for transferring heat of the exhaust gases of the internal combustion engine to a fluid and for supplying the vessels with the heated fluid.
  • the port lie ⁇ constricting vessels example can then compared with steam or hot water from the buoyant harbor power supply in addition be concerned.
  • operated with heavy fuel oil ship auxiliary boiler can be set during the time spent apart Be ⁇ drove example.
  • a particular advantage lies in the fact that by such a heat power concept, a higher efficiency of fuel utilization than in a
  • Power can be obtained from land.
  • the floating harbor power supply with at least one function module for supply and / or disposal tasks for the
  • Equipped ships This is based on the consideration that, in addition to the electricity requirement, there is an additional substantial supply and disposal requirement for various media for ships in port. These include, for example, gray water and black water, possibly also oil sludge. Such a port power supply can thus be used for different supply and / or disposal tasks.
  • a functional module hereby comprises all essential components necessary for the fulfillment of its function (for example Mistress greywater disposal, etc.).
  • the functional modules are preferably uniform and standardized with regard to their dimensions and the type and arrangement of the connection and fastening technology to the floating harbor power supply.
  • the functional modules preferably have transport container format or are designed as transport containers (for example sea containers).
  • transport containers for example sea containers.
  • a reliable installation for example with regard to fastening, space, etc.
  • the buoyant harbor power supply Preferably, the hull of the harbor power supply with the necessary piping and cable ducts and for receiving such
  • the functional modules may comprise at least one wastewater receiving module (eg in the form of a tank).
  • the usersmo ⁇ modules may also include at least one cleaning module.
  • the functional modules can also comprise at least one fresh water production module.
  • a water storage module eg in the form of a tank
  • ⁇ For storage and delivery of fresh water to a ship or to store seawater function modules can take a water storage module (eg in the form of a tank) to ⁇ .
  • the functional modules may include at least one drive module for ⁇ (preferably electric) drive the schwimmfä- ELIGIBLE harbor power supply and a control module prior to the setting of the direction and speed of a driven by a drive module port power supply.
  • the pitches at the harbor power supply here are also standardized advantageous, ie they have a stan dardized ⁇ height, width and depth as well as standardized Be ⁇ fastening means on to its base and / or side surface for the attachment of function modules.
  • the functional modules can also have standardized fastening means for fastening a functional module to, at or below another functional module.
  • the buoyant harbor power supply is equipped with at least one power converter for adapting the power supply to different on-board systems of the ships.
  • the buoyant harbor power supply includes one in frequency and Voltage adjustable trained power converter, which is connectable via a switchable electrical line with a ship lying in the harbor. So, without being on board
  • the power converter is designed such that it can convert any input voltages and frequencies into voltages and frequencies currently present in the electrical system of a ship in the harbor.
  • On-board systems also show certain fluctuations in their voltage and in their frequencies. So far it was necessary that the voltage and frequency on board had to correspond to the voltage and frequency of the harbor power supply. The on-board network therefore always had to be adapted to the port power supply sizes. This is not the case if the power converter is able to dynamically compensate for voltage and frequency differences. So it is sufficient for a simple switching on the port power supply connected to the matching of the output part of the
  • the power converter has a control and regulating device which, when the power requirement on the output side changes, which manifests itself in a tendency to change the frequency, adapts the power output accordingly and keeps the frequency stable.
  • the power generator on board the ship can be relieved and disconnected without frequency and voltage changes occur in the electrical system.
  • the connection of additional consumers, eg in the context of the so-called called hotel load and the so-called auxiliary operation, does not affect the voltage and frequency of the electrical system. Guided by the frequency trend, the power converter keeps the frequency and voltage in the vehicle electrical system stable without the crew of the ship having to intervene after switching on the power converter.
  • the converter comprises control and regulating components, components particular software based communication that respond to a voltage drop or a voltage ⁇ increase in the electrical system, for example by switching on or off of generators or consumers, by a frequency increase or -erniedr Trent.
  • the power converter of the port power supply can develop its advantageous effect on the electrical system.
  • the power converter For the power converter, a wide variety of types can be used. Particularly advantageous is a PWM power converter, on one side of which the current generated by the harbor power supply can be applied with its voltage and frequency and whose other side then supplies the on-board power for the ship lying in the harbor with the necessary voltage and frequency , Also very advantageous is a power converter in an intermediate circuit technique, in particular if it has a static component in the control. For this purpose, internally two independently controlled and regulated components are present, Zvi ⁇ rule which electric energy is transferred.
  • the buoyant harbor power supply is equipped with at least one charging ⁇ device for charging the energy storage with external energy.
  • the energy store should rather not wholly or partly (eg in the form of Speichermo ⁇ dulen) can be exchanged for charging or existing batteries are charged individually in a battery system, but simply, for example, at a erfindungsgemä- be charged. This can be done for example by a simple cable connection, are connected to the power supply device of the investor and charging the port power supply such as plug and socket.
  • the charging device has at least one induction loop.
  • the same therefore also applies to the power supply device of the investor, which is to execute appropriate for transmitting energy to the charging device.
  • the loading device is at least partially movable. This can be done with a wired shore connection e.g. be implemented by a like a cable drum ausrollbare loading device, so that on the one hand a certain amount of play in the connection and on the other hand even during docking and / or even when undocking the energy storage of the harbor power supply can be loaded.
  • the Substituted ⁇ staltung is given by the fact that it is equipped with at least one re- generative energy source.
  • the feeder is equipped with at least one buffer for storing energy. Due to the known problems regene ⁇ rativer energy sources that do not always blowing wind or the sun is shining, it is advantageous to design the appropriate energy source such that it the current needed in
  • the energy generated in Spit ⁇ times, closing for a rainy day has to be ⁇ stores Riverge.
  • a storage of energy in the form of hydrogen which is generated by an electro ⁇ chemical cell and burned if needed who can ⁇ .
  • the intermediate storage for the regeneratively generated energy can therefore consist, for example, of an electrolysis cell, a hydrogen tank and a fuel cell. But even for weaker public grids, intermediate storage makes sense: especially supercapacitors that can be "filled" with high power can then be simply charged from the buffer.
  • the feeder is equipped with at least one combined heat and power plant.
  • the waste heat can be used with a can optionally be supplied etc. before ⁇ handenes shelters for the charging operation with heat simultaneously.
  • Combined heat and power plants therefore have a good efficiency and can therefore also be used for environmentally friendly charging operation.
  • Power supply device of the investor at least partially movable.
  • This embodiment is to be seen as an alternative or in addition to a movable charging device of the buoyant harbor power supply, but according to a movable device suffices.
  • Particularly advantageous is an embodiment as e.g. movable induction slide, in which the activation of the induction loops can take place early, already in the docking process, but also during the undocking process.
  • the feeder is equipped with at least one changing device for memory modules of a buoyant harbor power supply according to claim 5.
  • the changing device memory modules are exchanged with eg battery packs with large capacity.
  • the invention relates to a buoyant fen ⁇ fenstromments and a feeder.
  • a buoyant harbor power supply is proposed for supply of ships in the port with external energy with an electrical energy storage.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schwimmfähige Hafenstromversorgung sowie einen Anleger. Um den Schadstoffausstoß im Vergleich zu bekannten Lösungen weiter zu reduzieren, wird eine schwimmfähige Hafenstromversorgung für eine Versorgung von Schiffen im Hafen mit externer Energie mit einem elektrischen Energiespeicher vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Schwimmfähige Hafenstromversorgung Die Erfindung betrifft eine schwimmfähige Hafenstromversor¬ gung sowie einen Anleger.
In den Häfen der Welt wird zunehmend Wert auf verringerte Emissionen gelegt. Dies gilt auch für die Schifffahrt. Heut- zutage ist es üblich, dass Schiffe ihren Strombedarf im Hafen mit Hilfe ihres eigenen Stromerzeugungsaggregates, in der Re¬ gel ein oder mehrere Dieselgeneratoren, erzeugen. Da diese Maschinen für die Verbrennung von schwerem Dieselöl, also HFO, optimiert wurden und zum Teil auch im Hafen Marine Die- sei Oil, also MDO verbrennen, erzeugen diese Dieselgenerato¬ ren nicht zu unterschätzende Mengen an Ruß, NOx, CO2 und SOx.
Um dieser Ruß-, NOx-, CO2- und SOx-Bildung vorzubeugen, wird diskutiert, die Schiffe im Hafen mit externer Energie zu ver- sorgen. Hierzu ist es bereits bekannt, Schiffe von der Kaian¬ lage aus mit Strom zu versorgen (häufig auch als "Cold
Ironing" bezeichnet) . So ist zum Beispiel aus der US
7,122,913 B2 eine modulare Hafenstromversorgung für im Hafen liegende Schiffe bekannt, die auf dem Kai entlang verfahrbar ist. Ein Problem bei einer derartigen Stromversorgung vom Kai ist, dass bei der Stromversorgung eines im Hafen liegenden Schiffes Unterschiede des Wasserstandes und des
Belandungsstandes des Schiffes im Hafen ausgeglichen werden müssen. Zudem kann die Einsatzbereitschaft einer derartigen Hafenstromversorgung vom Kai, beispielsweise bei Hochwasser, beeinträchtigt sein.
Aus EP 2 092 177 Bl ist es bereits bekannt, Schiffe im Hafen mit externer Energie über eine schwimmfähige Hafenstromver- sorgung zu versorgen. Hier werden aber Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, die einen - wenn auch geringeren, erst recht bei Einsatz von geeigneten Filtern oder LNG-Technik - Schadstoffausstoß verursachen. Bei Einsatz von LNG-Technik wird dabei das Klima mit Methan belastet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine schwimmfähige Hafenstromversorgung anzugeben, die den Schadstoffausstoß im Vergleich zur bekannten Lösung weiter reduziert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine schwimmfähige Hafen¬ stromversorgung für eine Versorgung von Schiffen im Hafen mit externer Energie mit einem elektrischen Energiespeicher.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen Anleger mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen. Durch die erfindungsgemäße schwimmfähige Hafenstromversor¬ gung, die insbesondere als Barge ausgebildet sein kann, ist eine Stromversorgung der Schiffe im Hafen ohne jeglichen Schadstoffausstoß möglich. Der Energiespeicher ist hierzu beispielsweise als Batterieanlage mit großer Kapazität ausge- bildet, wobei unter Berücksichtigung der für eine Batterieanlage notwendigen Schutzmaßnahmen ein zuverlässiger Betrieb realisierbar ist. In den Schiffen selbst müssen nur entsprechende Stromabnahmevorrichtungen vorhanden sein, die aber auch bei einer Stromversorgung von Land (Cold Ironing) vor- handen sein müssen.
Der Energiespeicher kann dabei für „Low Voltage" (ca. 1 kV) , „Medium Voltage" (ca. 4,7 kV bzw. ca. 6 kV) oder auch „High Voltage" ausgelegt sein. Bevorzugt ist die schwimmfähige Ha- fenstromversorgung in der Lage, Strom bei einer Spannung/Frequenz von 6.6 kV/60 Hz, 440V/60 Hz und 380V/50 Hz zu liefern. Bei einer derartigen Hafenstromversorgung ist zudem eine sehr schnelle Verfügbarkeit einer großen Energiemenge (ohne schädliche Abgase) gegeben, so dass sie sich auch sehr gut zur Abdeckung von Spitzenlast eignet, welche bei anderen Systemen auch leicht zu einem „Black-out" führen könnten. Die erfindungsgemäße Lösung verlagert die Energieerzeugung von Bord der schwimmfähigen Hafenstromversorgung an Land. Im normalen Stromversorgungsbetrieb werden Verbrennungskraftma¬ schinen somit nicht mehr benötigt und die benötigte Energie kann beispielsweise aus dem normalen Energienetz von einem
Anbieter mit einem hohen Anteil regenerativ erzeugter Energie bezogen werden.
In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung weist der Ener- giespeicher Batterieelemente ohne Memory-Effekt auf. Beson¬ ders eignen sich hierfür Lithium-Ionen-Batterien, für die vorteilhafterweise ein so genanntes Batteriemanagement vorge¬ sehen ist. Bei Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien - besonders bei größeren Batterieanlagen, wie vorliegend - können sehr hohe Kurzschlussströme entstehen, die eine entsprechende Integration der Batterieanlage in das Gesamtsystem erforderlich machen. Dieses ist dem Fachmann allerdings beispielswei¬ se aus dem U-Boot-Bereich bekannt und somit leicht beherrschbar .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Energiespeicher Superkondensatoren auf. Superkondensatoren (auch „Ultrakondensatoren" oder „Super-Caps" ) haben geringere Energiedichten, aber höhere Leistungsdichten als Batteriean- lagen, und eignen sich somit besonders für Anforderungen, bei denen große Energiemengen schnell verfügbar sein müssen. Von besonderem Vorteil ist daher natürlich die Kombination beider Systeme, d.h. die Verwendung von Superkondensatoren in Verbindung mit (vorteilhafterweise) Lithium-Ionen-Batterien.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Energiespeicher in zumindest zwei Teilsysteme aufgeteilt. Die Teilsysteme können darüber hinaus jeweils viele parallele Stränge aufweisen. Dadurch wird einerseits die Kapazität er- höht, andererseits die Verfügbarkeit bei Ausfall einzelner Stränge (oder eines Teilsystems) nur wenig reduziert. Die Stränge und/oder Teilsysteme können über einen elektronischen Strombegrenzer (zum Beispiel ECL, „Electronic Current Limiter") angeschlossen werden, so dass beherrschbare Summen- kurzschlussströme auftreten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Energiespeicher zumindest ein Speichermodul auf. Somit hat der Energiespeicher zumindest teilweise einen modularen Aufbau, wobei die einzelnen Speichermodule entsprechend einfach ausgetauscht werden können, wodurch auch beispielsweise nach einer Stromversorgung der Schiffe im Hafen entladene Module an Land schnell durch volle Speichermodule ersetzt werden können. Auch für Instandsetzungsarbeiten ist ein schneller Austausch von Vorteil. Darüber hinaus ist eine einfache Redu¬ zierung oder Erweiterbarkeit des Energiespeichers in Abhän¬ gigkeit der Anforderung der mit Strom zu versorgenden Schiffe gegeben. Die Speichermodule können dabei vorteilhafterweise in Containerform - besonders vorteilhaft in Form von ISO- Containern (d.h. eines genormten Frachtcontainers nach ISO 668, oft auch Seecontainer genannt) - ausgeführt sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die schwimmfähige Hafenstromversorgung mit zumindest einer rege¬ nerativen Energiequelle ausgestattet. Diese Energiequellen - wie Photovoltaikanlagen oder Windgeneratoren - haben die Eigenschaft, Energie nur in gewissen energetischen Grenzen zu generieren, zumal auf dem beschränkten Platzangebot einer schwimmfähigen Hafenstromversorgung. Dennoch kann eine derartige Energiequelle unterstützend wirken, so dass insgesamt weniger Strom aus einem Landnetz entnommen werden muss. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die schwimmfähige Hafenstromversorgung mit zumindest einer Brennstoffzelle ausgestattet. Diese Art der Stromerzeugung zur Stromversorgung der Schiffe im Hafen ist ebenfalls umwelt¬ schonend - insbesondere, wenn der benötigte Wasserstoff durch regenerative Energiequellen erzeugt wird -, da Schadstoffe auch hierbei nicht ausgestoßen werden, und somit ebenso gut für einen Einsatz im Hafen geeignet. Vorteilhafterweise wer¬ den die Brennstoffzellen mit optimalem Wirkungsgrad betrie- ben, wobei ggf. von den Schiffen im Hafen gerade nicht benö¬ tigter Strom zur Aufladung des Energiespeichers verwendet werden kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die schwimmfähige Hafenstromversorgung mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine ausgestattet. Diese kann als Diesel- Generator-Einheit ausgeführt sein oder auch Flüssiggas ver¬ wenden. Bevorzugt wird die Verbrennungskraftmaschine mit schwefelarmen Brennstoffen, Biokraftstoffen oder mit Erdgasen betrieben. Im Fall von Dieselkraftstoff kommt von Vorteil Dieselkraftstoff mit maximal 0.1 % Schwefelgehalt zur Verwen¬ dung. Insbesondere bei hohen Lastanforderungen der Schiffe im Hafen kann der unterstützende Einsatz von Verbrennungskraft- maschinen erforderlich sein. Dabei kann durch eine (selbstverständliche) Steuer- und/oder Managementeinheit (die auch dafür sorgt und überwacht, dass der Energiespeicher zwischen maximal zulässigen Ladezustand [kritische Grenze] und effek¬ tivsten minimalem Ladezustand betrieben wird) der Betrieb so gelenkt werden, dass das Einschalten einer (weiteren) Generatoreinheit vermieden oder zumindest verzögert werden kann. Durch eine vorteilhafte Gestaltung des Energiespeichers kann dieser dabei auch als Speisung im Notbetrieb bzw. zur Überbrückung hoher Energieanforderungen benutzt werden, welche sonst - bei reinem Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen - zum „Black-out" führen würden. Vorteilhafterweise werden die Verbrennungskraftmaschinen mit optimalem Wirkungsgrad betrieben, wobei ggf. von den Schiffen im Hafen gerade nicht benö¬ tigter Strom zur Aufladung des Energiespeichers verwendet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die schwimmfähige Hafenstromversorgung dabei mit einer Wärmekopp¬ lungseinrichtung zur Übertragung von Wärme der Abgase der Verbrennungskraftmaschine an ein Fluid und zur Versorgung der Schiffe mit dem erwärmten Fluid ausgestattet. Im Hafen lie¬ gende Schiffe können dann von der schwimmfähigen Hafenstromversorgung zusätzlich z.B. mit Dampf oder heißem Wasser ver- sorgt werden. Hierdurch können beispielsweise mit Schweröl betriebene Schiffshilfskessel während der Liegezeit außer Be¬ trieb gesetzt werden. Ein besonderer Vorteil liegt allerdings auch darin, dass durch ein derartiges Wärmekraftkonzept eine höhere Effizienz der Kraftstoffausnutzung als bei einer
Stromversorgung von Land erzielt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die schwimmfähige Hafenstromversorgung mit zumindest einem Funk- tionsmodul für Ver- und/oder Entsorgungsaufgaben für die
Schiffe ausgestattet. Hierbei liegt die Überlegung zugrunde, dass es neben dem Strombedarf zusätzlichen erheblichen Ver- sorgungs- und Entsorgungsbedarf für verschiedene Medien für im Hafen liegende Schiffe gibt. Hierzu gehört beispielsweise Grauwasser und Schwarzwasser, evtl. auch Ölschlamm. Eine derartige Hafenstromversorgung kann somit für unterschiedlichen Ver- und/oder Entsorgungsaufgaben genutzt werden.
Ein Funktionsmodul umfasst hierbei alle wesentlichen, für die Erfüllung seiner Funktion (z.B. Mistress Grauwasserentsorgung, etc.) notwendigen Komponenten. Bevorzugt sind die Funktionsmodule hinsichtlich ihrer Abmessungen sowie der Art und Anordnung der Anschluss- und Befestigungstechnik an der schwimmfähigen Hafenstromversorgung einheitlich und standar- disiert.
Bevorzugt weisen die Funktionsmodule Transportcontainerformat auf bzw. sind als Transportcontainer (z.B. Seecontainer) ausgebildet. Für derart ausgebildete Funktionsmodule muss dann in oder auf der schwimmfähigen Hafenstromversorgung nur noch eine betriebssichere Aufstellung (z.B. bezüglich Befestigung, Platz, etc.) gewährleistet werden. Bevorzugt ist der Rumpf der Hafenstromversorgung mit den notwendigen Rohrleitungen und Kabelschächten sowie für die Aufnahme derartiger
containerisierter Funktionsmodule vorbereitet. Zur Aufnahme von Grau- und/oder Schwarzwasser eines Schiffes können die Funktionsmodule zumindest ein Abwasseraufnahmemo¬ dul (z.B. in Form eines Tanks) umfassen. Zur Reinigung von Grauwasser- oder Schwarzwasserentsorgungs- einrichtungen an Bord eines Schiffes können die Funktionsmo¬ dule außerdem auch zumindest ein Reinigungsmodul umfassen.
Falls das Frischwasser direkt aus Meer-, See- oder Flusswas- ser gewonnen werden soll, können die Funktionsmodule auch zu¬ mindest ein Frischwassererzeugungsmodul umfassen.
Zur Speicherung und Abgabe von Frischwasser an ein Schiff oder zur Speicherung von Seewasser können die Funktionsmodule auch ein Wasserspeichermodul (z.B. in Form eines Tanks) um¬ fassen .
Weiterhin können die Funktionsmodule zumindest ein Antriebs¬ modul zum (vorzugsweise elektrischen) Antrieb der schwimmfä- higen Hafenstromversorgung und ein Steuerstandsmodul zur Vorgabe der Fahrtrichtung und Geschwindigkeit einer durch ein Antriebsmodul angetriebenen Hafenstromversorgung umfassen.
Die Stellplätze auf der Hafenstromversorgung sind hierbei von Vorteil ebenfalls standardisiert, d.h. sie weisen eine stan¬ dardisierte Höhe, Breite und Tiefe sowie standardisierte Be¬ festigungsmittel auf ihrer Grundfläche und/oder Seitenfläche für die Befestigung der Funktionsmodule auf. Auch die Funktionsmodule können standardisierte Befestigungs¬ mittel für eine Befestigung eines Funktionsmoduls auf, an oder unter einem anderen Funktionsmodul aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die schwimmfähige Hafenstromversorgung mit zumindest einem Stromrichter zur Anpassung der Stromversorgung an unterschiedliche Bordnetze der Schiffe ausgestattet. Bevorzugt umfasst die schwimmfähige Hafenstromversorgung einen in Frequenz und Spannung regelbar ausgebildeten Stromrichter, der über eine schaltbare elektrische Leitung mit einem im Hafen liegenden Schiff verbindbar ist. So kann, ohne dass an Bord der
schwimmfähigen Hafenstromversorgung eine große Zahl von elektrisch unterschiedlich ausgerüsteten Schiffsanschlüssen vorhanden sein muss, die Übergabe von Strom an ein Schiff jederzeit problemlos gewährleistet werden.
Von Vorteil ist der Stromrichter derart ausgebildet, dass er beliebige Eingangsspannungen und Frequenzen in Spannungen und Frequenzen umwandeln kann, die aktuell im Bordnetz eines im Hafen liegenden Schiffes vorliegen. Auch Bordnetze weisen gewisse Schwankungen in ihrer Spannung und in ihren Frequenzen auf. Bisher war es daher notwendig, dass Spannung und Fre- quenz an Bord der Spannung und Frequenz der Hafenstromversorgung entsprechen mussten. Das Bordnetz musste daher immer an die Hafenstromversorgungsgrößen angepasst werden. Dies ist nicht der Fall, wenn der Stromrichter in der Lage ist, Differenzen der Spannung und Frequenz dynamisch auszugleichen. Es genügt also eine einfache Einschaltung der Hafenstromversorgung verbunden mit dem Angleichen des Ausgangsteils des
Stromrichters an die jeweilige Frequenz, Spannung und Phasen¬ lage des Bordnetzes, um das Schiff im Hafen mit Elektroenergie zu versorgen. Ein Synchronisieren des Bordnetzes auf die Hafenstromversorgung, d.h. Ändern der Bordfrequenz und -Spannung auf die Hafenstromversorgungswerte, ist nicht mehr not¬ wendig, was sehr vorteilhaft ist.
Von besonderem Vorteil ist vorgesehen, dass der Stromrichter eine Steuer- und Regeleinrichtung aufweist, die bei ausgangs- seitig geändertem Leistungsbedarf, der sich in einer Tendenz zur Frequenzänderung äußert, die Leistungsabgabe entsprechend anpasst und die Frequenz stabil hält. So kann sehr vorteil¬ haft erreicht werden, dass nach dem Einschalten der Hafen- Stromversorgung die Energieerzeuger an Bord des Schiffes entlastet und abgeschaltet werden können, ohne dass Frequenz- und Spannungsänderungen im Bordnetz auftreten. Auch das Zuschalten zusätzlicher Verbraucher, z.B. im Rahmen der söge- nannten Hotellast und des sogenannten Hilfsbetriebes, beein- flusst Spannung und Frequenz des Bordnetzes nicht. Geführt von der Tendenz der Frequenz hält der Stromrichter Frequenz und Spannung im Bordnetz stabil, ohne dass die Mannschaft des Schiffes nach dem Einschalten des Stromrichters eingreifen muss .
Es ist dabei vorgesehen, dass der Stromrichter Steuer- und Regelkomponenten aufweist, insbesondere softwarebasierte Kom- ponenten, die auf einen Spannungsabfall oder eine Spannungs¬ erhöhung im Bordnetz, z.B. durch Zuschalten oder Abschalten von Generatoren oder Verbrauchern, durch eine Frequenzerhöhung oder -erniedrigung reagieren. So kann der Stromrichter der Hafenstromversorgung seine vorteilhafte Wirkung für das Bordnetz entfalten.
Für den Stromrichter können die unterschiedlichsten Typen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist ein PWM-Strom- richter, auf dessen einer Seite der von der Hafenstromversor- gung erzeugte Strom mit seiner Spannung und Frequenz aufgegeben werden kann und dessen andere Seite dann den Bordstrom für das im Hafen liegende Schiff mit der notwendigen Spannung und Frequenz liefert. Weiterhin sehr vorteilhaft ist ein Stromrichter in Zwischen- kreistechnik, insbesondere, wenn er einen Statikbestandteil in der Regelung aufweist. Hierfür sind intern zwei unabhängig voneinander gesteuerte und geregelte Teile vorhanden, zwi¬ schen denen Elektroenergie übergeben wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die schwimmfähige Hafenstromversorgung mit zumindest einer Lade¬ vorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers mit externer Energie ausgestattet. Auf diese Weise muss der Energiespei- eher nicht ganz oder teilweise (z.B. in Form von Speichermo¬ dulen) zum Aufladen ausgetauscht werden oder in einer Batterieanlage vorhandene Akkumulatoren einzeln aufgeladen werden, sondern kann einfach beispielsweise an einem erfindungsgemä- ßen Anleger aufgeladen werden. Dies kann beispielsweise durch eine einfache Kabelverbindung erfolgen, bei der Stromversorgungsvorrichtung des Anlegers und Ladevorrichtung der Hafenstromversorgung wie Stecker und Steckdose verbunden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist dabei die Ladevorrichtung zumindest eine Induktionsschleife auf. Entsprechendes gilt somit auch für die Stromversorgungsvorrichtung des Anlegers, die zur Energieübertragung an die La- devorrichtung passend auszuführen ist. Bei dieser Form der
Energieübertragung entfällt ein aufwändiges Ein- und Ausste¬ cken eines Landanschlusses.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist dabei die Ladevorrichtung zumindest teilweise bewegbar. Dies kann bei einem kabelgebundenen Landanschluss z.B. durch eine wie von einer Kabeltrommel ausrollbare Ladevorrichtung realisiert sein, so dass zum Einen ein gewisses Spiel in der Verbindung besteht und zum Anderen auch schon während des Andockens und/oder noch beim Abdocken der Energiespeicher der Hafenstromversorgung geladen werden kann.
Bezüglich des Anlegers ist eine vorteilhafte Form der Ausge¬ staltung dadurch gegeben, dass dieser mit zumindest einer re- generativen Energiequelle ausgestattet ist. Hier an Land sind die Möglichkeiten natürlich andere, und so kann zumindest ein Großteil der benötigten (Primär-) Energie zur Reduktion von Emissionen aus Sonne und/oder Wind erzeugt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Anleger mit zumindest einem Zwischenspeicher zur Speicherung von Energie ausgestattet. Aufgrund der bekannten Probleme regene¬ rativer Energiequellen, dass nicht immer Wind weht oder die Sonne scheint, ist es vorteilhaft, die entsprechende Energie- quelle derart auszulegen, dass sie den benötigten Strom im
Durchschnitt erzeugen kann. Dies bedeutet, dass die in Spit¬ zenzeiten erzeugte Energie für schlechte Zeiten zwischenge¬ speichert werden muss. Hierfür sind verschiedene Technologien bekannt, besonders geeignet ist z.B. eine Speicherung der Energie in Form von Wasserstoff, der durch eine elektro¬ chemische Zelle erzeugt und bei Bedarf wieder verbrannt wer¬ den kann. Der Zwischenspeicher für die regenerativ erzeugte Energie kann also beispielsweise aus einer Elektrolysezelle, einem Wasserstofftank und einer Brennstoffzelle bestehen. Aber auch für schwächere öffentliche Netze ist eine Zwischen- speicherung sinnvoll: insbesondere können dann auch Superkon- densatoren, die mit hoher Leistung „befüllt" werden können, einfach aus dem Zwischenspeicher aufgeladen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Anleger mit zumindest einem Blockheizkraftwerk ausgestattet. Mit einer derartigen dezentralen Stromversorgung, die beispiels- weise auch mit Flüssiggas betrieben werden kann, kann gleichzeitig auch die Abwärme genutzt werden, mit der ein ggf. vor¬ handenes Wartehäuschen etc. für den Ladebetrieb mit Wärme versorgt werden kann. Blockheizkraftwerke haben daher einen guten Wirkungsgrad und können somit auch für einen umwelt- freundlichen Ladebetrieb eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die
Stromversorgungsvorrichtung des Anlegers zumindest teilweise bewegbar. Diese Ausführung ist alternativ oder zusätzlich zu einer bewegbaren Ladevorrichtung der schwimmfähigen Hafenstromversorgung zu sehen, entsprechend ausgeführt genügt aber eine bewegliche Vorrichtung. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung als z.B. beweglicher Induktionsschlitten, bei dem die Aktivierung der Induktionsschleifen frühzeitig, schon im Andockvorgang, aber auch noch während des Abdockvorgangs erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Anleger mit zumindest einer Wechselvorrichtung für Speichermodule einer schwimmfähigen Hafenstromversorgung nach Anspruch 5 ausgestattet. Hierdurch können beispielsweise Superkondensa- toren schnell durch die Ladevorrichtung aufgeladen werden, während mit der Wechselvorrichtung Speichermodule mit z.B. Batteriesätzen mit großer Kapazität ausgetauscht werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine schwimmfähige Ha¬ fenstromversorgung sowie einen Anleger. Um den Schadstoffausstoß im Vergleich zu bekannten Lösungen weiter zu reduzieren, wird eine schwimmfähige Hafenstromversorgung für eine Versorgung von Schiffen im Hafen mit externer Energie mit einem elektrischen Energiespeicher vorgeschlagen.

Claims

Patentansprüche
1. Schwimmfähige Hafenstromversorgung für eine Versorgung von Schiffen im Hafen mit externer Energie mit einem elektrischen Energiespeicher .
2. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach Anspruch 1, wobei der Energiespeicher Batterieelemente ohne Memory-Effekt aufweist .
3. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach Anspruch 1 oder wobei der Energiespeicher Superkondensatoren aufweist.
4. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
wobei der Energiespeicher in zumindest zwei Teilsysteme auf geteilt ist.
5. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
wobei der Energiespeicher zumindest ein Speichermodul auf¬ weist.
6. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorher gehenden Ansprüche
mit zumindest einer regenerativen Energiequelle.
7. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
mit zumindest einer Brennstoffzelle.
8. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorher- gehenden Ansprüche
mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine .
9. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach Anspruch 8 mit einer Wärmekopplungseinrichtung zur Übertragung von Wärme der Abgase der Verbrennungskraftmaschine an ein Fluid und zur Versorgung der Schiffe mit dem erwärmten Fluid.
10. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
mit zumindest einem Funktionsmodul für Ver- und/oder Entsorgungsaufgaben für die Schiffe.
11. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
mit zumindest einem Stromrichter zur Anpassung der Stromversorgung an unterschiedliche Bordnetze der Schiffe.
12. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
mit zumindest einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers mit externer Energie.
13. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach Anspruch 12, wobei die Ladevorrichtung zumindest eine Induktionsschleife aufweist .
14. Schwimmfähige Hafenstromversorgung nach Anspruch 12 oder 13,
wobei die Ladevorrichtung zumindest teilweise bewegbar ist.
15. Anleger mit einer Stromversorgungsvorrichtung zur Übertragung von Energie an eine Ladevorrichtung einer schwimmfähigen Hafenstromversorgung nach einem der Ansprüche 12-14.
16. Anleger nach Anspruch 15
mit zumindest einer regenerativen Energiequelle.
17. Anleger nach Anspruch 15 oder 16
mit zumindest einem Zwischenspeicher zur Speicherung von Energie .
18. Anleger nach einem der Ansprüche 15-17
mit zumindest einem Blockheizkraftwerk.
19. Anleger nach einem der Ansprüche 15-18,
wobei die Stromversorgungsvorrichtung zumindest teilweise be wegbar ist.
20. Anleger nach einem der Ansprüche 15-19
mit zumindest einer Wechselvorrichtung für Speichermodule ei ner schwimmfähigen Hafenstromversorgung nach Anspruch 5.
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