Analyse und Skalierungskonzepte von Batteriespeichern in Schiffsnetzen
E-Mail: timon.hartwich@tuhh.de
Aufgabenstellung:
Hintergrund
Die Internationale Maritime Organisation (IMO) hat während der Sitzung des Ausschusses für den Schutz der Meeresumwelt (MEPC) 2018 beschlossen, die Treibhausgasemissionen der Schifffahrt für das Jahr 2030 um 40% gegenüber dem Jahr 2008 zu senken. Zur Umsetzung dieser Ziele wird die Kombination verschiedener Maßnahmen notwendig sein, welche die Energieeffizienz auf Schiffen erhöhen sollen. Neben optimierten Designs sowie effizienteren Energieerzeugungs- und -Verteilungssystemen, wie dem Dieselelektrischen Betrieb von Gleichstromnetzen, stellt die Integration alternativer Energiequellen eine der erfolgversprechendsten Maßnahmen dar. Mit der Integration alternativer Energiequellen steigen allerdings die Anforderungen an das elektrische Energiemanagement zur Anpassung von Energiebedarf und Energiebereitstellung. Energiespeichern kommt eine Schlüsselrolle in dieser Anpassung zu. Eine emissionsfreie Form der kurzzeitigen Energiespeicherung stellen hierbei Batterien dar. Mit einer intelligenten Positionierung und Dimensionierung ermöglichen diese Batterien ferner, in Notfällen elektrische Energie bereitzustellen und somit sicherheitskritische Verbraucher zu versorgen. Um die Sicherheit zu erhöhen, bietet es sich dafür an, diese Batterien an möglichst vielen Stellen dezentral im Schiff zu verteilen. Hierbei ergibt sich jedoch ein Zielkonflikt zwischen einerseits der Erhöhung der Sicherheit und anderseits stark steigenden Kosten und der bedingten Verfügbarkeit geeigneter Räume.
Aufgabenbeschreibung
In dieser Arbeit sollen die Restriktionen und Einflussgrößen der dezentralen Batteriespeicherintegration untersucht und ein Lokalisierungskonzept für Batteriespeicher entwickelt werden. Dazu sollen in einem ersten Schritt die Anfoderungen im “Energiesystem Schiff” ermittelt werden. Dabei sollen Werftvorgaben, rechtliche Rahmenbedingungen, Klassifikationsvorschriften und Standards berücksichtigt werden, die festlegen, in welchen Räumlichkeiten welche Batterietypen unter welchen Rahmenbedingungen installiert werden können. In einem zweiten Schritt sollen Batterien hinsichtlich ihrer kosten sowie der ökonomische und technischen Skalierungsfaktoren untersucht werden. Hiermit soll die Frage beantwortet werden, wie sich die verschiedenen Charakteristika in Abhängigkeit der Batteriegröße und -leistung verändern. Mit Hilfe der gewonnen Erkenntnisse soll ein Lokalisierungskonzepte entwickelt werden, um beurteilen zu können, welche Räumlichkeiten für Batterieinstallationen in Frage kommen und welcher Dezentralisierungsgrad der Batterien sinnvoll ist. Abschließend soll eine Empfehlung zur Auswahl der Lokalisierung und der Abhängigkeit der Speichergröße gegeben werden.
Folgende Schritte sollten zur Bearbeitung der Aufgabenstellung durchgeführt werden:
- Einarbeitung in Batteriespeichertechnologien und Energienetze auf Schiffen
- Anforderungsermittlung des “Energiesystem Schiff”
- Sichtung und Bewertung aktueller Klassifikationsvorschriften
- Berücksichtigung finanzieller Einflussgrößen auf die Speichergröße
- Footprint
- Installationsaufwand
- Skalierung
- Entwicklung eines Lokalisierungskonzeptes
- Welche Bereiche kommen für einen Speichereinbau in Frage?
- Berücksichtigung von Bauraumbegrenzungen
- →Empfehlungen zur Auswahl der Lokalisierung in Abhängigkeit der Speichergröße