Dieser Artikel stellt einen Fall der Hybridisierung von Hafenkränen mit WATTALPS-Batteriesystemen vor, beleuchtet die dabei bewältigten Herausforderungen und erläutert die betrieblichen und finanziellen Vorteile, die mit der gewählten Lösung erzielt wurden.
Kontext
Ein bedeutender Systemintegrator in der Hafenbranche wollte hochwertige Hafenkräne für einen großen Hafenbetreiber modernisieren und nachrüsten. Diese Kräne sind kostspielige Anlagen, die über lange Zeiträume hinweg mit minimalen Ausfallzeiten betrieben werden müssen.
Sie wurden von großen Dieselmotoren angetrieben, deren Betrieb und Wartung kostspielig sind, und diese Motoren mussten nachgerüstet werden, um die Lebensdauer der Kräne zu verlängern.
Gleichzeitig sind Häfen in einer Branche tätig, die einem zunehmenden Druck ausgesetzt ist, Emissionen und Kosten zu senken.
Herausforderungen
Warum auf Elektro umsteigen?
- Betriebsproduktivität: Die vorhandenen Dieselmotoren waren überdimensioniert, um kurze Spitzenlastphasen (≈5 % der Betriebszeit bei 5- bis 10-facher Durchschnittsleistung) bewältigen zu können, was dazu führte, dass sie in 95 % der Zeit ineffizient liefen.
- Hohe Energiekosten: Die Energiekosten pro transportiertem Container waren aufgrund von Ineffizienz und steigenden Kraftstoffpreisen hoch.
- Umweltbelastungen: Dieselmotoren verursachen einen hohen Kraftstoffverbrauch und hohe Emissionen.
Daher wurde die Elektrifizierung als eine der wichtigsten Optionen zur Bewältigung der oben genannten Herausforderungen identifiziert.
Hybridisierung als praktische Alternative zum reinen Elektroantrieb
Eine vollständige Elektrifizierung ist für viele Häfen nicht realisierbar, da sie umfangreiche Modernisierungen der elektrischen Infrastruktur erfordert, die viele Terminals nicht durchführen können. Daher prüfen Häfen weltweit die Hybridisierung als praktische Alternative zur vollständigen Elektrifizierung.
Bei Hybridkranen wird beim Absenken der Container Energie in der Batterie gespeichert und beim Anheben wiederverwendet, wodurch Infrastrukturumbauten vermieden und Ausfallzeiten durch das Aufladen der Batterie vermieden werden.
Die Batterie wird hauptsächlich zur Spitzenlastabdeckung eingesetzt, wodurch der Dieselmotor deutlich verkleinert werden kann.
Batterieeinschränkungen bei Hybridkranen
Hybridkrane benötigen Batterien, die sehr hohe Lade- und Entladeraten bewältigen können und gleichzeitig genügend Energie für lange Leistungsspitzen bereitstellen. Herkömmliche Batterien müssen für die Bereitstellung von Spitzenleistung überdimensioniert sein, was die Kosten und die Komplexität der Integration erhöht. Daher suchte unser Kunde nach einem kompakten Batteriesystem, das hohe Leistung und lange Lebensdauer bietet und gleichzeitig modular und einfach zu implementieren ist.
Außerdem war eine Batterie mit Schiffszulassung erforderlich, um den Hafenbetreibern die Sicherheit des Systems zu garantieren.
WATTALPS-Lösung
WATTALPS bot ein 60-kWh-Hochleistungsbatteriesystem an, das eine Spitzenleistung von 300 kW bei einer Lebensdauer von 10 Jahren liefert. Immersionskühlung in Verbindung mit der Kompaktheit und Robustheit des Systems macht es ideal für Hybridkrananwendungen, bei denen Leistungsdichte und Langlebigkeit entscheidend sind.
WATTALPS-Batterien haben die Schiffstypgenehmigung von Bureau Veritas erhalten.
Ergebnisse
Im Vergleich zur bisherigen reinen Diesel-Lösung
- 55 bis 70 % Kraftstoffeinsparung dank der Verkleinerung des Dieselmotors auf 90 kW.
- Geringere Wartungskosten dank kleinerem Motor.
- Die Amortisationszeit beträgt je nach Kraftstoffpreis (0,8 bis 1,3 €/l) und der Anzahl der umgerüsteten Kräne 0,7 bis 2 Jahre, um die damit verbundenen Planungskosten abzuschreiben, was über einen Zeitraum von 10 Jahren zu enormen Einsparungen in Höhe des 5- bis 10-fachen der Anfangsinvestition führt.
- Reduzierung der Emissionen um zwei Drittel.
- Die gesteigerte Produktivität geht mit einer Verkürzung der Betankungszeit um 55 % bis 70 % einher .
Im Vergleich zu einer flüssigkeitsgekühlten LTO-Batterie
Ein LTO-System würde 40,5 kWh benötigen, um die Leistung von WATTALPS zu erreichen. Die WATTALPS-Lösung bietet bei gleicher Leistung und Lebensdauer um 30 % geringere Investitionskosten, da LTO deutlich teurer ist und nicht so gut gekühlt wird.
Im Vergleich zu einer luftgekühlten LFP-Batterie
Um die gleiche Leistung und eine Lebensdauer von 10 Jahren zu erreichen, müsste ein LFP-Batteriesystem auf 267 kWh überdimensioniert werden; in diesem Fall liegen die Investitionskosten bei WATTALPS um 30 % niedriger. Alternativ könnte ein 145-kWh-LFP-System die gleiche Leistung liefern, müsste jedoch nach 3–5 Jahren ausgetauscht werden.
WATTALPS sorgt dank längerer Lebensdauer und des Wegfalls von Batteriewechseln für um 57 % niedrigere Gesamtbetriebskosten. Die Ausfallkosten für den Batteriewechsel sind dabei nicht berücksichtigt – was den Vorteil von WATTALPS noch weiter steigern würde
Schlussfolgerung
Durch den Einsatz der WATTALPS Immersionskühlung erzielen unser Kunde und der Hafenbetreiber folgende Vorteile:
- Deutliche Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Betriebskosten
- Deutliche Senkung der CO₂- und Feinstaubemissionen
- Verbesserte Verfügbarkeit und Produktivität der Kräne
- Eine praktische Hybridlösung, die keine aufwendige elektrische Infrastruktur erfordert
- Ein zertifiziertes, kompaktes, modulares und langlebiges Batteriesystem, das für anspruchsvolle Hafenbetriebsabläufe optimiert ist
