Testergebnisse des SkySails-Systems

SCHIFFBAU & SCHIFFSTECHNIK | FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Testergebnisse des SkySails-Systems WINDKRAFT Das neu entwickelte Zugdrachen-System „SkySails“ soll in der Handelsschifffahrt zur Brennstoffeinsparung und damit zum Umweltschutz und zur Kostenreduktion beitragen. In einem Forschungsprojekt der Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven wurde der Einsatz des Systems auf dem MS „Beaufort“ untersucht und ein Performance-Modell ent- wickelt, das den Zusammenhang zwischen dem realem Zugdracheneinsatz und den theoretisch berechneten Zugkräften auf Basis physikalischer Grundgleichungen nachvollziehbar macht. Stefan Aschenbeck, Reinhard Elsner, Tammo Lenger, Walter Szczesny, Rudolf Kreutzer, Michael Schlaak benen Randbedingungen (Windverhält- nisse, Wetter, Schiffsgeschwindigkeit, Kurs, etc.) optimale Fahrweise (Steuerung) des Kites und das Energieeinsparungspotenzial wurden ermittelt. Dazu wurden die not- wendigen Messeinrichtungen installiert, um die relevanten Daten zu erfassen. Das SkySails-System Aufbau des SkySails-Systems Der Kite stellt ein Strömungsprofil dar, das durch die Anströmung mit Luft einen Auftrieb er- hält, ähnlich wie bei einem Flugzeugflügel. Allerdings hat der Kite kein festes Profil, sondern er wird durch den Wind aufgebla- sen (Abb.1). Die wichtigste Komponente des SkySails- Systems ist der Kite, der abgesehen von der Größe einem handelsüblichem Kite oder Lenkdrachen ähnlich ist. Über ein Zugseil ist der Kite mit dem Schiff verbunden. Das Zug- seil ist eine spezielle SkySails-Entwicklung: Im Zugseil ist ein Kabel eingeflochten, über das die Stromversorgung zur Gondel gewähr- leistet wird. Das Zugseil ist nicht direkt am Kite befestigt, sondern an der Steuergondel. Abb. 1: Der Kite des SkySails-Systems in der Startposition Foto: SkySails In der Gondel befinden sich die Elektronik und ein Elektromotor, der den Kite steuert. D er internationale Schiffsverkehr trägt zept basiert darauf, dass die Schiffe mit Über eine Umlenkrolle wird das Zugseil zur maßgeblich zu den globalen Emis- einer vorgegebenen Reisegeschwindigkeit Winde geführt. An dieser Umlenkrolle, dem sionen an CO2, SO2, NOx und Par- fahren und bei günstigen Windverhältnis- Holepunkt, vorne am Bug des Schiffes wird tikeln bei: ca. 2-3 % beim Klimagas CO2, sen die Motorleistung drosseln und dafür die Kraft des Kites aufgenommen und auf ca. 5-7 % beim SO2 und ca. 11-13 % beim einen Teil der Antriebsleistung durch den das Schiff übertragen. Auch die Winkel des NOx [1,2]. Die fortschreitende Globalisie- Kite-Antrieb ersetzen. Mit der Reduktion Zugseils zum Schiff, der Azimut (seitliche rung des Marktes wird zu einem weiteren des Treibstoffverbrauches durch das Lenk- Auslenkung) und die Elevation (Höhenwin- Anwachsen des internationalen Handels- drachensystem (SkySails-System) werden kel), werden hier gemessen. Abb. 2 zeigt die schiffsverkehrs führen. Die Treibstoffkos- auch die entsprechenden Emissionen an Anordnung der wesentlichen Komponenten ten und die durch den Schiffsverkehr ver- CO2, CO, SO2, NOx, Staub/Ruß (Partikel) des SkySails-Systems auf der „Beaufort“. Für ursachten Emissionen erhöhen den Druck durch die Schifffahrt vermindert. die kommerzielle Ausführung des Kite-An- auf die Gesellschaft und die Reeder, nach Im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts triebes wird eine automatische Steuerung alternativen Antriebstechniken zu suchen. „Forschung für den Klimaschutz und dem des Kites eingesetzt. Auf der „Beaufort“ wur- Eine Perspektive stellt der von dem Ham- Schutz vor Klimawirkungen: Entwicklung den die meisten Tests allerdings per Hand- burger Unternehmen SkySails GmbH & eines integrierten Antriebs- und Nutzungs- steuerung gefahren. Co. KG entwickelte Zugdrache (ein Lenk- konzeptes auf Basis von Windkraft“ wur- Gestartet wird das System über einen aus- drache oder Kite) dar. Er kann, ohne die de die Leistungsfähigkeit des Systems für fahrbaren Mast. Nach dem Setzen wird Struktur der Schiffe zu verändern, auch Frachtschiffe auf dem MS „Beaufort“ unter der Kite ausgewinscht und steht über dem nachträglich installiert werden. Das Kon- Praxisbedingungen getestet. Die bei gege- Schiff. Während der Startphase wird dieser 36 Schiff & Hafen | Januar 2009 | Nr. 1 a) Da der Kite die wirksame Fläche Sw nur periodisch überstreicht, so dass das gleiche Flächensegment nur in gewissen Zeitabstän- den überstrichen wird, ist die „Energieernte“ (Energieentnahme pro Zeiteinheit aus dem Windfeld) in Bezug auf die im Windfeld enthaltene Energie gering. Dies wird durch den Energieausbeutefaktor εK berücksichtigt. Damit wird die für die gewonnene, wirksam werdende Leistung des Kites: PK = εK P = εK (ρ /2) v3 SW = (ρ /2) v3 SK gesetzt. b) Die wind-wirksame Fläche SK des auf ei- ner Acht fliegenden Kites ist die Spur des Kites auf der Acht, also in etwa die Breite des Kites mal der Länge der Spur der Acht. SK hängt von der Bauart des Kites ab (cw, ca, Fläche des Kites, Anstellwinkel zum scheinbaren Wind) und von der Art, wie er Abb. 2: Die Elemente des SkySails-Systems im Einsatz auf der „Beaufort“ gefahren wird (Geschwindigkeit, Form der Acht,..): ohne Eigenbewegung im Wind gehalten.